Дооборудования печей П-1 и П-2 установки АВТ-1

где Rвн – внутренний радиус цилиндра, мм.

Для расчетов используем следующие данные:

• температура дымовых газов перед пучком труб 300°С;
• равновесное давление водяного пара внутри тепловой трубы при данной температуре P = 8,75 МПа;
• внутренний диаметр трубы Dвн = 21 мм;
• допускаемое напряжение для стали 20 при данной температуре 113 МПа;
• прибавка на коррозию с = 1 мм.

По результатам расчетов по формулам (3.1) и (3.2) получены следующие значения толщины стенки тепловой трубы:

• по методике для тонкостенных цилиндров s = 1,85 мм;
• по методике для толстостенных цилиндров s = 1,92 мм.

Следовательно, за толщину трубы принимаем 2 мм как ближайшее значение из стандартных, отсюда внешний диаметр трубы 25 мм. Кроме того, для каждой трубы предусмотрим прижимную шайбу. Для обеспечения достаточной герметичности работы внутренний диаметр шайб должен быть близок к внешнему диаметру труб, также шайбы должны иметь достаточный вес. Исходя из этого выбираем специально изготовленные шайбы с внутренним диаметром 26 мм, внешним диаметром 30 мм и толщиной 10 мм. Зная плотность стали ( ), рассчитаем массу одной шайбы:

 

3.3. Расчет листа, разделяющего секции рекуператора

Стальной лист закреплен в верхней части борова, поэтому для расчета его устойчивости воспользуемся формулами для стальной пластины с защемленными краями. [15] Размеры листа: длина B = 5 м, ширина А = 2 м. Лист несет нагрузку собственного веса и веса прижимных шайб, поэтому его толщина может быть достаточно небольшой: S = 10 мм.

Масса листа складывается из массы самого листа за вычетом отверстий для труб (диаметр отверстия dотв = 28 мм) и массы  шайб:

где nтр – количество труб в рекуператоре, nтр = 3861;

Лист равномерно нагружен по площади собственным весом:

где g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Изгибающее напряжение максимально по краю в середине более длинной стороны листа:

где α – отношение B к A;

Найденное значение максимального изгибающего напряжения меньше допускаемого [σ], следовательно, стальной лист, разделяющий воздушную и дымовую секции рекуператора, устойчив.

Прогиб пластины в центре:

где  N – цилиндрическая жесткость, которую рассчитываем по следующей формуле:

где Е – модуль продольной упругости, Е = 1,67 ∙ 105 МПа;

μ – коэффициент Пуассона, для стали μ = ⅓;

 

Выводы

В данном разделе был выбран материал для изготовления рекуператора, проведен расчет на прочность единичного элемента рекуператора, расчет устойчивости стального листа, разделяющего надземную (воздушную) и подземную секции аппарата.

 

 

4. КИП и А

4.1. Общие задачи  автоматизации

На современном этапе развития химической промышленности вопросам автоматизации производства уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и большой скоростью протекания технологических процессов, высокой чувствительности их к изменению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает сокращение отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшению численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется под открытым небом), удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Решение задач автоматизации промышленности в целом и ее отдельных подразделений связано с применением в широких масштабах различных приборов контроля, сигнализации и блокировки, и составляет неотъемлемую часть процесса производства.

Наиболее широко используются контрольно-измерительные приборы в отраслях промышленности с преобладанием непрерывных технологических процессов, а также и периодических, когда это наиболее важно, автоматизация которых позволяет более эффективно вести процесс, увеличить производительность оборудования и производительность труда обслуживающего персонала, улучшает качество продукции, повышает безопасность работы [16].

 

 

 

 

 

4.2. Анализ технологического  объекта как объекта управления

В качестве объекта управления при автоматизации является печь для нагрева полуотбензиненной нефти атмосферного блока установки АВТ-1, а также рекуператор на тепловых трубах, устанавливаемый на борове данной печи.

Для каждого технологического процесса, независимо от его назначения, существуют оптимальные условия работы, обеспечивающие заданную производительность при максимальной длительности ремонтных работ, при наилучшем качестве продуктов. Совокупность этих условий, называемых нормальным технологическим режимом, определяется наперед заданными значениями некоторых величин или параметров, характеризующихся заданным технологическим режимом.

В силу ряда причин или явлений, происходящих в том или ином объекте, значения параметров могут изменяться в определенных пределах, вызывая изменения в ходе технологического процесса.

Нормальный технологический режим установки обеспечивается системой контроля и регистрации основных технологических параметров.

Проведение непрерывного процесса требует управления следующими параметрами: температура сырья на входе в печь и на выходе, температуры перевалов, расхода сырья и топлива в печи, разрежения в печи, расхода водяного пара, подаваемого в пароперегреватель и его температуру на выходе из печи, температура дымовых газов на входе в рекуператор, расход воздуха в печь, частота вращения дымососа.

Падение расхода сырья в печь приведет к увеличению температуры. Вследствие этого возможно разложение продукта, закоксовывание змеевика трубчатой печи, и даже прогар труб, что неизбежно привет к серьезной аварийной ситуации. Увеличение расхода приведет к недостаточному нагреву сырья, что скажется на качестве продукта. Поэтому необходимо сигнализировать верхний и нижний пределы расхода сырья. Давление на входе сырья также должно сигнализироваться по верхнему пределу, чтобы обеспечить безопасный режим работы печных труб.

Понижение давления пара может привести к повышению температуры получаемого пара,  но при этом ухудшится качество. А повышение давления приведет к падению температуры.

Температура дымовых газов на входе в рекуператор должна быть снабжена сигнализацией по верхнему и нижнему пределам, так как в случае ее понижения возможна конденсация серной кислоты на трубках рекуператора, что приведет к коррозии оборудования, а в случае повышения давление воды внутри трубок повыситься выше допустимого для используемых труб, что приведет к разрушению металла.

Разряжение в печи не должно превышать верхнего предела согласно нормам ее эксплуатации, иначе будет затруднен отвод дымовых газов из топки в печи и повысится нагрузка на дымосос.

 

4.3. Предлагаемые к контролю параметры

Предлагаемые к контролю параметры приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Технологический параметр	Место отбора	Значение параметра	Тип воздействия	Обозначение позиции на схеме
1.Расход топливного газа	Трубопровод к форсунке	3,8-4,0 т/ч	Регистрация Регулирование Управление	FIRC-3020
2. Клапан	Трубопровод к форсунке		Управление
3. Температура 1 потока нефти на  выходе из печи	Линия 1 потока на выходе из печи	350-400°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2029L
4. Температура 3 потока нефти на  выходе из печи	Линия 3 потока на выходе из печи	350-400°С	Регистрация Регулирование	TIRC -2029P
5. Расход 1 потока нефти на входе  в печь	Линия 1 потока к печи	25-50 т/ч	Регистрация Сигнализация по нижнему пределу	FIRCA-3020L
6. Клапан	Линия 1 потока к печи		Управление
7. Давление 1 потока нефти на входе в печь	Линия 1 потока к печи	5-7 кг/см2	Регистрация Сигнализация по нижнему пределу	PIRСА-2007L
8. Расход 2 потока нефти на входе  в печь	Линия 2 потока к печи	25-50 т/ч	Регистрация Сигнализация по	FIRCA-3021L
Продолжение табл.4.1
			нижнему пределу
9. Клапан	Линия 2 потока к печи		Управление
10.Температура нефти над перевальной  стенкой	Кровля печи	700-800°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2021
11. Температура нефти над перевальной  стенкой	Кровля печи	700-800°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2022
12. Температура нефти над перевальной  стенкой	Кровля печи	700-800°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2023
13.Температура 2 потока нефти на  выходе из печи	Линия 2 потока на выходе из печи	350-400°С	Регистрация Регулирование	TIR-2027
14. Температура водяного пара  на выходе из печи	Линия выхода пара из пароперегревателя	250-300°С	Регистрация Регулирование	TIR-1030
15. Расход 3 потока нефти на входе  в печь	Линия 3 потока к печи	25-50 т/ч	Регистрация Сигнализация по нижнему пределу	FIRCA-3020P
16. Клапан	Линия 3 потока к печи		Управление
17. Давление 3 потока нефти на  входе из печь	Линия 3 потока к печи	5-7 кг/см2	Регистрация Сигнализация по нижнему пределу	PIRСА-2007P
18. Расход 4 потока нефти на входе  в печь	Линия 4 потока к печи	25-50 т/ч	Регистрация Сигнализация по нижнему пределу	FIRCA-3021P
19. Клапан	Линия 4 потока к печи		Управление
20.Температура нефти над перевальной  стенкой	Кровля печи	700-800°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2024
21. Температура нефти над перевальной стенкой	Кровля печи	700-800°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2025
22. Температура нефти над перевальной  стенкой	Кровля печи	700-800°С	Регистрация Регулирование	TIRC-2026
Окончание табл.4.1
23.Температура 4 потока нефти на  выходе из печи	Линия 4 потока на выходе из печи	350-400°С	Регистрация Регулирование	TIR-2028
24.Расход водяного пара	Линия подачи водяного пара к печи	10-15т/ч	Регистрация Регулирование	FIRC-3023
25. Клапан	Линия подачи водяного пара к печи		Управление
26.Температура дымовых газов на входе в рекуператор	Боров печи	300-350°С	Регистрация Регулирование Сигнализация по верхнему пределу	TIRСА-2031
27. Шибер	Боров печи		Управление
28. Разряжение в радиантной камере	Кровля печи	0-100кПа	Регистрация Регулирование Сигнализация по верхнему пределу	PIRCA-2008
29. Частота вращения дымососа	Двигатель дымососа		Управление
30. Разряжение в радиантной камере	Кровля печи	0-100кПа	Регистрация Регулирование Сигнализация по верхнему пределу	PIRCA-2009
31. Расход воздуха в печь	Линия подачи воздуха к форсункам	4,0-5,0 т/ч	Регистрация Регулирование Сигнализация по верхнему и нижнему пределу	FIRC-3023
32. Клапан	Линия подачи воздуха к форсункам		Управление

 

 

 

 

 

 

 

4.4. Выбор технических  средств автоматизации

Выбор приборов контроля и регулирования осуществляется в рамках государственной системы приборов (ГСП). Государственная система приборов предусматривает преобразование различных измеряемых параметров в единую форму информации, удобную для передачи информации на расстояние.

3020, 3021L, 3021P, 3022L, 3022P, 3023, 3024 – дифманометр марка 13ДД11, с пневмовыходом 0,2 – 1 кгс/см2, на вторичный прибор.

2007L, 2007P – первичный преобразователь давления Сапфир-22ДИ, пределы измерений 0–16 кгс/см2, который передает унифицированный токовый выходной сигнал 4–20 мА на вторичный прибор.

2008, 2009 – первичный преобразователь  разрежения Сапфир-22ДВ, пределы измерений 0–100 кПа, который передает унифицированный  токовый выходной сигнал 4–20 мА  на вторичный прибор.

3020б, 3021Lб, 3021Pб, 3022Lб, 3022Pб, 3023б, 3024б – пневматический вторичный прибор на три параметра со станцией управления марки ПВ-10.1Э (с электроприводом диаграммной ленты).

2007Lб, 2007Pб, 2008, 2009 – электроконтактный манометр с сигнальной лампой ЭКМ-1.

2021, 2022, 2023, 2024, 2025, 2026, 2027, 2028, 2029L, 2029P, 2030, 2031 – термопреобразователь сопротивления ТСП-0879, пределы измерений –50 ÷ +900°С, материал защитной арматуры Ст08Х13, который передает электрический сигнал на преобразователь термоЭДС.

2021б, 2022б, 2023б, 2024б, 2025б, 2026б, 2027б, 2028б, 2029Lб, 2029Pб, 2030б, 2031б – преобразователь термоЭДС в стандартный токовый сигнал 4-20 мА, марка Ш-78. Передает стандартный токовый сигнал на вторичный прибор.

6001, 6002, 6003, 6005, 6006, 6007 – регулирующий  клапан для неагрессивных сред, корпус из чугуна, предельная температура Т = 600°С, давление Ру = 1,6 МПа, условный диаметр Dу = 100 мм, тип 25ч32нж.

6008 – шибер А3Д 197.000-04 (Ø 1000), серия 5.904-49.

 

Выводы

В данном разделе нами были рассмотрены общие задачи автоматизации технологической печи П-1 установки АВТ-1 при введении нового оборудования – рекуператора на тепловых трубах. Система автоматизации позволяет поддерживать оптимальные параметры установки и заданную производительность при максимальной длительности межремонтных пробегов, а также улучшить условия труда обслуживающего персонала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1. Основные опасности  производства, обусловленные характерными  свойствами сырья, продуктов и  самого процесса

Установка АВТ-1 предназначена для первичной переработки нефти. Целевыми продуктами, получаемыми на установке, являются: прямогонный газ, прямогонный бензин, лигроин, дизельное топливо, масляные дистилляты, затемненная фракция "слоп", полугудрон.

Особенностью установки АВТ-1 является наличие аппаратов, работающих под высоким давлением и температурой, содержащих большие количества продуктов в газо- и парообразном состоянии, которые в случае аварии создают опасность загазованности территории.

Блок печей установки АВТ-1 предназначен для нагревания частично отбензиненной нефти перед подачей ее в атмосферную колонну К-2, для нагревания мазута перед подачей его в вакуумную колонну К-5, а также для нагревания горячей струи перед возвратом ее вниз отбензинивающей колонны К-1 и для перегрева водяного пара перед подачей его вниз К-1 и К-2.

Особенностями блока печей являются наличие высоких температур, использование открытого пламени для нагрева нефтепродуктов, что является причиной повышенной взрывопожароопасности, а также высокий уровень шума при работе печей.

Также опасность работы на установке связана с наличием высокого напряжения в электрических цепях и возможностью накопления зарядов статического электричества на аппаратуре и нефтепродуктах. Для борьбы с этим явлением на установке все аппараты и трубопроводы подлежат обязательному заземлению. Установка АВТ-1 относится к пожаро- и взрывоопасным производствам.

Опасность установки заключается:

• в наличии легковоспламеняющихся газов и паров нефтепродуктов, способных с воздухом образовывать взрывоопасные смеси;
• в наличии высоких температур;
• в наличии высоких давлений;
• в способности нефтей и нефтепродуктов при своем движении образовывать статическое электричество;
• в способности нефтей и нефтепродуктов при высоких температурах выделять сероводород;
• в способности нефтепродуктов образовывать в аппаратах пирофорные соединения.

 

Наиболее опасными местами на установке являются:

• колодцы промливневой канализации;
• колодцы свежей и оборотной воды;
• места отбора проб щелочи у А-1, А-2;
• места отбора проб бензина, лигроина, дизельного топлива;
• места дренирования воды из емкостей Е-1А, Е-2;
• насосная по перекачке светлых нефтепродуктов;
• площадки обслуживания форсунок на П-1, П-2.

 

Основными причинами, могущими привести к аварии на установке являются:

• отступление от установленного технологического режима эксплуатации установки (температуры, давления, уровня);
• несоблюдение правил по технике безопасности, газовой безопасности, противопожарных правил, установленных для установок АВТ, AT;
• нерегулярное проведение профилактического осмотра и ремонта оборудования;
• неисправность вентиляционных систем;
• пропуски во фланцевые и другие соединения, через сальники, торцевые уплотнения насосов;
• разрыв трубопроводов с нефтепродуктами;
• неисправности предохранительных клапанов;
• неисправности КИП и А, средств противоаварийной защиты;
• разрушение оборудования в результате контакта с коррозионно-агрессивной средой.