Автоматизация аппарата очистки природного газа

 

 

  СОДЕРЖАНИЕ

 

	ВВЕДЕНИЕ	6
1	Описание технологического процесса	10
	1.1 Описание технологического процесса	10
	1.2 Описание конструкции аппаратов и оборудования	12
2	Описание технических требований к проектируемой системе 2.1 Требования к технологическому процессу 2.2 Требования к оборудованию	19 19 20
	2.3 Требования к датчикам	20
3         4           5               6	Разработка структурной схемы средств автоматизации технологического процесса 3.1 Описание состава АСУ  3.2 Функции АСУ 3.3 Описание классификационных признаков АСУ Разработка функциональной схемы автоматизации 4.1 Описание функциональной схемы 4.2 Спецификация на приборы, средства автоматизации и аппаратуру 4.3 Выбор приборов и средств автоматизации 4.4 Разработка алгоритмической схемы автоматизации Практическая реализация модели автоматизированной системы очистки природного газа 5.1 Расчет АСР уровня газа в резервуаре 5.2 Линейная часть расчета АСР уровня газа в резервуаре 5.3 Нелинейная часть расчета АСР уровня газа в резервуаре       Безопасность и экологичность работы 6.1 Анализ опасных и вредных факторов на производстве 6.2 Расчет системы зануления 6.3 Оценка зон теплового воздействия при пожаре 6.4 Расчет системы общего освещения ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список использованных источников	21 21 22 23 25 25   26 27 30   33 33 33 41       47 47 47 52 53 56 57

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность темы ВКР. Россия занимает первое место в мире по совокупному производству углеводородов, нефти и газа. Экспортеры, то есть страны поставляющие газ, и импортеры-страны, приобретающие зарубежное, драгоценное сырье, находятся в тесной связи и зависят друг от друга. Цены на природный газ всегда оказывали большое влияние на экономику многих государств. Для многих стран газовый комплекс занимает ведущее место в топливно-энергетическом хозяйстве и является основным индикатором экономического благополучия. Минерально-сырьевой комплекс дает больше половины доходной части федерального бюджета Российской Федерации.

Основными поставщиками газа в мире можно выделить 11 стран, в том числе Россия. На сегодняшний день Россию называют крупнейшим участником мирового рынка энергетики. Количество добычи и переработки нефти и газа увеличивается с каждым годом. В период с 2000 по 2016 года, доля российской нефти в мировой добыче увеличилась с 8,9 % до 12,4 %. Несмотря на то, что коэффициент извлечения нефти (КИН) в России не большой, относительно многих нефтедобывающих стран и составляет около 20 %. В данный период она входит в список стран, которые определяют динамику цен на нефтегазовом рынке.

Газопереработка - одна из самых молодых отраслей промышленности, бурное развитие которой началось во второй половине ХХ-ого столетия. Газоперерабатывающие заводы поставляют сжиженные газы в виде пропан-бутановых фракций, технически чистые индивидуальные углеводороды, газовый и автомобильный бензин, элементарную серу, гелий. Сжиженные газы широко применяются в качестве сырья в химической промышленности, используются как моторное и бытовое топливо.

Основным потребителем этана, пропана, п-бутана и i-бутана, пентана и i-пентанов является нефтехимическое производство. При дегидрировании этих веществ получают сырье для производства полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, и синтетических каучуков. Другое направление применения продуктов дегидрирования является их применение в производстве спиртов, гликолей, органических карбоновых и дикарбоновых кислот, альдегидов, галогенпроизводных. При дальнейшей переработке этих химических веществ производят лаки, краски, моющие средства, растворители, синтетические волокна и др.

Сжиженные газы являются превосходным моторным топливом, обладающим высоким октановым числом, что позволяет повысить степень сжатия и, соответственно, мощность, экономичность двигателей внутреннего сгорания. При работе автотранспорта на сжиженных газах снижается удельный расход масла, уменьшается износ мотора, увеличивается на 100-150% продолжительность межремонтного пробега.

Степень разработанности темы ВКР. Дальнейшее развитие нефтегазового комплекса России сегодня во многом зависит от совершенствования систем автоматизации. Автоматизация технологических процессов – это одно из основных звеньев в системе развития и функционирования каждого современного предприятия. Основой автоматизации технологических процессов является перераспределение информационных, материальных и энергетических множеств в соответствии с устоявшимися критериями управления. Этот вопрос поднимают в своей работе «Автоматизация управления предприятием» В.В. Баронов, Ю.И. Калянов, А.И. Рыбников, И.Н. Титовский. Ключевыми целями автоматизации можно назвать:

• улучшение эффективности процесса;
• повышение безопасности процесса;
• повышение экологичности процесса;
• улучшение экономической составляющей.

Как принято, в конечном итоге автоматизации технологического процесса создают автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Под автоматизированной системой управления технологическим процессом понимают комплекс технических и программных средств, рассчитанный  для автоматизации управления оборудованием технологического процесса. АСУ ТП — решает вопрос эксплуатационного управления и контроля объектами в  энергетике.

Как любой технологический процесс на современном предприятии, процессы очистки природного газа необходимо автоматизировать. Автоматизация очистки природного газа состоит в обеспечении очистных станций необходимым оборудованием, целью которого является предотвращение некачественной очистки газа, обеспечение надлежащего уровня очистки и минимизации объема операций, которые выполняются вручную.

Автоматизация очистных станций даёт возможность упростить работу персонала технического обслуживания, увеличить период между ремонтом важного технологического оснащения и оборудования, регулярно улучшать технологические режимы, которые способствуют уменьшению потерь нефти и нефтепродуктов, благодаря постоянному контролю за эксплуатацией оборудования и незамедлительному устранению всех неисправностей, нарушений и недостатков.

Объект и предмет ВКР. Объектом и предметом автоматизации данной выпускной квалификационной работы является аппарат очистки природного газа.

Цель и задачи ВКР. Целью данной выпускной работы является разработка модели автоматизированной системы управления аппаратом природного газа. Задачей данной работы является анализ теоретических и практических подходов к очистке газа, анализ необходимых требований к автоматизированной системе управления аппаратом очистки, разработка алгоритмов автоматизированной системы, а также обеспечение безопасности и экологичности работы.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту вынесены следующие основные положения:

• принципиальная и функциональная схемы автоматизации системы управления аппаратом очистки природного газа;

Теоретическая и практическая значимость работ. Теоретическая и практическая значимость работы состоит в следующем:

• проведен анализ технологического процесса очистки газа;
• произведен выбор и обоснование технических средств автоматизации;
• предложена общая структура системы контроля и управления, состоящая из нескольких контроллеров, датчиков, а также устройств регулирования.

Основные методы исследования. В методы исследования входит теории автоматического управления и математического моделирования с использованием пакета прикладных программ  Mathcad, MATLAB .

Информационная база исследования. Информационной базой к данной работе послужили источники, на которых строится работа.

Структура работы ВКР. ВКР состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 13 наименований. Общий объем работы 59 страниц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание технологического процесса  и конструкции аппаратов и  оборудования

 

1.1 Описание технологического процесса

Способ очистки газа от серосодержащих примесей включает приготовление раствора гидроксида щелочного металла из исходного раствора сульфата щелочного металла, контактирование газа с раствором гидроксида щелочного металла с получением насыщенного раствора гидроксида щелочного металла, его регенерацию. Исходный раствор сульфата щелочного металла с концентрацией 10-15 % подают в анодную и катодную камеры диафрагменного электролизера с использованием микропористой диафрагмы из керамики на основе оксида циркония или из керамики на основе оксида циркония, содержащей добавки оксидов алюминия и иттрия. При этом раствор гидроксида щелочного металла, полученный в катодной камере, направляют на контактирование с газом, а раствор кислоты, полученный в анодной камере, подают на регенерацию насыщенного раствора гидроксида щелочного металла. Такой метод позволяет повысить степень очистки от серосодержащих примесей и снизить энергозатраты.

Метод "ЭЛСОР" относится к области химической технологии, а именно к процессам абсорбционной очистки газов от серосодержащих примесей, и может быть использовано в процессах очистки газов различного состава и различного происхождения, в том числе природных, попутных и технологических газов, в частности биогаза, попутного газа нефтяных месторождений, топливных газов, поступающих на объекты теплоэнергетических хозяйств, вентиляционных и технологических газовых выбросов (залповых и регулярных) на объектах химической, нефтехимической промышленности, а также в производстве спецтехники и боеприпасов, содержащих сероводород и меркаптаны.

Способ очистки "ЭЛСОР", обеспечивает наивысшее качество очистки, т.к. растворы гидроксидов щелочных металлов являются лучшими абсорбентами Н2S и других серосодержащих примесей, является экономичным, так как расходный материал для процесса очистки - только электроэнергия и процесс очистки проводится при низких температурах, а получение гидроксида натрия из исходного раствора и регенерация насыщенного кислыми газами раствора после очистки осуществляется с помощью одного и того же электрохимического реактора, т.е. электроэнергия, затраченная на получение абсорбента, эквивалентно обеспечивает также и его регенерацию. Кроме этого способ "ЭЛСОР" можно осуществлять как в стационарных, так и в передвижных установках. Способ реализуется с помощью установки, изображенной на рисунке 1.

 

             

Рисунок 1 - Установка для очистки газа от серосодержащих примесей

 

Катодная камера 3 реактора 1 и емкость 5 заполняют исходным водным раствором сульфата щелочного металла. Анодную камеру 4 реактора 1 и емкость 6 заполняют исходным раствором - водным раствором сульфата щелочного металла. На электроды реактора 1 (не показаны) подают напряжение и включают насосы 10 и 11. В процессе электролиза исходный раствор сульфата щелочного металла подвергают электрохимическому воздействию в катодной камере 3, превращая его в гидроксид щелочного металла, который накапливают в емкости 5. В емкости 6 в то же время накапливают раствор серной кислоты, образующейся в анодной камере 4 реактора 1.

Раствор гидроксида щелочного металла из емкости 5 насосом высокого давления 10 подают в верхнюю часть абсорбера 7, в нижнюю часть которого поступает сырой газ, подлежащий очистке. Кислые компоненты, содержащиеся в газе, взаимодействуют с поглотителем - раствором гидроксида щелочного металла и очищенный газ выводят из верхней части абсорбера 7.

Насыщенный раствор поглотителя через дроссель-вентиль 12 выводят из нижней части абсорбера 7 и направляют в смеситель 9, в который насосом 11 подают раствор серной кислоты из емкости 6. В смесителе 6 протекают процессы регенерации поглотителя и выделение поглощенных примесей. Газожидкостную смесь из смесителя 6 подают в десорбер 8, из верхней части которого выводят кислые газы, а из нижней части - раствор сульфата щелочного металла, который вновь поступает в катодную 3 и анодную 4 камеры реактора 1.

 

1.2 Описание конструкции аппаратов и оборудования

Диафрагменный электрохимический реактор.

Установка, изображённая на рисунке 2 состоит из электрохимического реактора 1, выполненный из одной или нескольких электрохимических модульных ячеек, соединенных параллельно. Электрохимические ячейки разделены диафрагмой 2 на анодную 3 и катодную 4 камеры. Вход анодной камеры 3 соединен с линией подачи исходного раствора 5. Вход катодной камеры 4 соединен с линией подачи пресной воды 6. Выход анодной камеры 3 соединен с линией отвода смеси оксидантов 7, а выход катодной камеры 4 соединен линией отвода католита 8.

 

Рисунок 2 - Диафрагменный электрохимический реактор

 

Электрохимический реактор 1 может быть выполнен по блочному принципу из электрохимических диафрагменных ячеек, катодные и анодные камеры которых соединены параллельно. При этом производительность реактора является суммой производительности каждой ячейки и может быть легко изменена путем изменения числа работающих ячеек. Элементы ячейки закреплены с помощью диэлектрических приспособлений и снабжены средствами подвода и отвода обрабатываемых растворов в электродные камеры. Микропористая диафрагма была изготовлена из керамики состава: оксид циркония - 70%, оксид алюминия - 27% и оксид иттрия - 3% или из керамики на основе оксида циркония.