Автоматизация аппарата очистки природного газа

Абсорбер, основной аппарат установки, в которой осуществляют абсорбцию. В абсорбере (часто называется также скруббером) создают развитую поверхность соприкосновения газа и жидкости. Известно несколько типов абсорберов, насадочный абсорбер изображенный на рисунке 3.

 

Рисунок  3 - Насадочный абсорбер

 

Насадочный абсорбер, представляет собой металлическую или керамическую колонну, внутри которой имеется несколько горизонтальных решёток 1 с расположенными на них слоями насадки 2 (кокс, металлические или керамические кольца, деревянные решётки, камни и др.), предназначенной для увеличения поверхности соприкосновения газа с жидкостью. Смесь газов поступает в нижнюю часть колонны по трубопроводу, а абсорбент, подаваемый по трубе 4, стекает вниз по насадке навстречу поднимающейся смеси газов. В результате противоточного контактирования газа и жидкости происходит наиболее полное растворение поглощаемых компонентов газовой смеси в абсорбенте. Непоглощённые компоненты газовой смеси удаляются из абсорбера по трубопроводу 5, а насыщенный абсорбент вытекает снизу по трубопроводу 6. Конусы 7 между секциями насадки 2 направляют абсорбент, вытесняемый газом к стенке абсорбера, к центру для более равномерного орошения.

Более сложен абсорбер, представляющий собой колонну изображенную на рисунке 4, в которой вместо решёток и насадки установлены тарелки 1, снабженные патрубками 2, колпачками 3 с зубчатыми краями и переливными трубками 4. Абсорбент стекает с тарелки на тарелку по переливным трубкам, а смесь газов движется снизу вверх, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубьями колпачков газовый поток разбивается на множество мелких пузырьков, что обеспечивает большую поверхность соприкосновения газа и жидкости. В ряде случаев вместо тарелок с колпачками устанавливаются тарелки, в которых просверлено большое число отверстий — ситчатые тарелки.

 

Рисунок 4 - Тарельчатый абсорбер

 

В процессах, где газ хорошо растворяется в абсорбенте, часто применяют абсорберы, в которых газ проходит над поверхностью жидкости (турилла) или жидкость распыляется в газе на мелкие капли форсунками, вращающимися дисками или турбинками. Абсорберы широко применяют в различных отраслях промышленности.

Десорбер — массообменный колонный аппарат для извлечения из насыщенного абсорбента компонентов, поглощённых в процессе абсорбции, и получения регенерированного абсорбента. Применяется при абсорбционном извлечении из природного газа водяных паров, углеводородных и кислых компонентов и др., а также в абсорбционных холодильных машинах. Десорбер изображённый на рисунке 5, содержит корпус 1, в нижней части которого под глухой тарелкой 2 размещена кубовая часть 3, выше которой одна над другой установлены тарелки 4 массобменной части десорбера 5. Кубовая часть десорбера снабжена входным патрубком 6 для ввода реагента и дренажным патрубком 12. К глухой тарелке в кубовой части десорбера жестко прикреплен защитный экран 8, выполненный из составных металлических пластин, соединенных между собой сваркой. Экран ориентирован перпендикулярно направлению входного потока реагента и прикреплен к глухой тарелке с зазором от корпуса десобера. Каждая из массообменных тарелок содержит приваренные к ней патрубки 7, к которым с зазором к полотну тарелки установлены колпачки, выполненные из двух частей, соединенных между собой сварным швом. Верхняя часть колпачка (донышко) 9 скруглено, а свободная нижняя (направленная в сторону тарелки) кромка 10 выполнена с зубцами, по меньшей мере три из которых отогнуты в сторону патрубка и приварены к его наружной поверхности. Колпачок и все детали тарелок изготовлены из материалов, устойчивых к воздействию рабочей среды, а защитный экран - из листового проката.

 

 

Рисунок 5 - Схема десорбера

 

Смесители кислот оборудуются штуцерами для присоединения трубопроводов и замера уровня кислоты, а также нижним люком для периодической чистки и выполнения ремонтных работ, изображон на рисунке 6.

 

Рисунок 6 - Смеситель

Элементы смесителя: 1 – емкость стальная, футерованная диабазовой плиткой в 2 слоя; 2 – погружной насос; 3 – люк для чистки; 4 – наливной штуцер для воды; 5 – штуцер для отбора проб и замера; 6 – наливной патрубок; 7 – выпускной штуцер.

Емкости для химической промышленности можно увидеть на рисунке 8.

Емкости изготавливаются из высокопрочных коррозиестойких листовых термопластов (полимеров):

• Полипропилен – ПП (PP-H, PP-B, PP-R, PPs, PPs-el)
• Полиэтилен – ПЭ (PE 100, PE 100-RC, PE 500)
• Поливинилхлорид – ПВХ (PVC, PVC-C)
• Поливинилиденфторид – ПВДФ (PVDF)
• Этиленхлортрифторэтилен – ЕСТФЕ (ECTFE)

 

Рисунок 7 - Емкости для химической промышленности

 

В каждом конкретном случае, для каждой конкретной среды подбирается свой материал и толщина.

Цилиндрические емкости используются как в быту, так и в различных областях промышленности: в гальванике, машиностроении, металлургии, химической, пищевой и др. областях промышленности.

По требованию заказчика цилиндрические емкости могут комплектоваться: крышками, петлями, штуцерами, трубопроводами, кранами, уровнемерами, автоматикой и другим дополнительным оборудованием. Также по требованию Заказчика емкости могут быть утеплены.

Возможно изготовление емкостей больших объемов на территории Заказчика.

При изготовлении цилиндрических емкостей используются только высококачественное первичное сырье и надежное, современное оборудование, которое гарантирует Заказчику высокое качество изделий и сварных швов:

Раскрой для изготовления цилиндрических емкостей выполняется на фрезерном станке ЧПУ, что гарантирует точные просчеты изготавливаемого изделия.

Сварка готовых элементов цилиндрических емкостей производится на стыковой машине INGENIA (Германия), что гарантирует высочайшую прочность шва.

Химический центробежный насос ADH 120 греческой фирмы AlphaDynamic имеет рабочую точку по производительности 20 м3/ч при давлении 10 м.в.ст. Обратите внимание, что в других каталогах часто указывают максимальные значения производительности и давления, которые не следует учитывать при подборе.

 

Рисунок 8 - Химический насос AlphaDynamic ADH 120

 

Химический центробежный насос ADH 120 греческой фирмы AlphaDynamic имеет рабочую точку по производительности 20 м3/ч при давлении 10 м.в.ст. Обратите внимание, что в других каталогах часто указывают максимальные значения производительности и давления, которые не следует учитывать при подборе.

Данный насос обладает химической стойкостью, он достаточно герметичен (в нем могут быть установлены либо манжетное, либо сильфонное уплотнения). Насос ADH 120 предназначен для перекачивания агрессивных и нейтральных жидкостей с максимальной вязкостью 500 сантипуаз и максимальным размером твердых частиц 6 мм. Подходит для перекачки очень сильно загрязненных жидкостей.

Насос ADH 120 изготавливается из полипропиленового РР или фторопластового PVDF/ECTFE (тефлон усиленный стекловолокном) корпусов. Модель из полипропилена может работать до температуры жидкости 80 градусов, а из фторопласта до 95 градусов цельсия.

 

 

2. Описание технических требований к проектируемой системе

 

2.1 Требования к технологическому процессу

Метод обеспечивает высокое качество очистки, является экономичным, 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. Способ может быть реализован как в стационарных, так и в передвижных установках, непосредственно на месте появления подлежащих очистки газовых сред, что также расширяет его функциональные возможности.

К рассматриваемому технологическому процессу предъявляются следующие требования, указанные в таблице 1:

 

Таблица 1 – Требования, предъявляемые к технологическому процессу

№	Параметр	Значение	Единица измерения
1	Раствор сульфата щелочного металла подаваемого в ёмкость	10-15	%
2	Содержание сероводорода в исходном природном газе	0,35-0,45	г/м3
3	Давление на стадии абсорбции должно поддерживаться в пределах	30... 38	кгс/см2
4	Количество NaOH для очистки 1000 нм3 газа	20	кг
5	Затраты электроэнергии для синтеза NaOH	56	кВт ч

 

 

 

2.2 Требования  к оборудованию

Приняв во внимание требования, предъявляемые к технологическому процессу, составим таблицу 2 с перечнем требований к оборудованию.

 

Таблица 2 – Требования к оборудованию

№	Параметр	Значение	Единица измерения
1	Температура, на которую рассчитан абсорбер	от + 1 до + 40	0С
2	Давление, на которое рассчитан абсорбер	от 4,0 до 10,0	МПа
3	Температура, на которую рассчитана ёмкость	до +140	° С
4	Расход, с которым справляется насос	20	м3/ч

 

2.3 Требования  к датчикам

Требования к датчикам основываются на требованиях, предъявляемых к технологическому процессу описаны в таблице 3.

 

Таблица 3 – Требования к датчикам

№	Параметр	Значение	Единица измерения
1	Содержание сероводорода в исходном природном газе	0,35-0,45	г/м3
2	Расход сульфата натрия при пуске установки	120	кг
3	Удельный расход абсорбента (католита)	0,8-1,2	л/м3

 

 

 

 

3. Разработка структурной схемы средств автоматизации технологического процесса.

 

3.1 Описание состава АСУ

Любую автоматическую систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) можно в конечном итоге разделить на 3 основных уровня иерархии:

Самым нижним уровнем является уровень датчиков и исполнительных механизмов, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. В нашем случае это датчики давления, расхода, качества. Их деятельность заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).

Средний уровень - уровень производственного участка. Его функции:

- сбор информации, поступающей с нижнего уровня, ее обработка и хранение;

- выработка управляющих сигналов на основе анализа информации;

- передача  информации о производственном участке на более высокий уровень.

Верхний уровень в системе автоматизации занимает уровень управления. На этом уровне осуществляется контроль за производством продукции. Этот процесс включает в себя сбор поступающих с производственного участка данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним ступеням. Атрибутом этого уровня является центр управления производством.

На верхнем уровне АСУ ТП размещены мощные компьютеры, выполняющие функции серверов баз данных и рабочих станций и обеспечивающие анализ и хранение всей поступившей информации за любой заданный интервал времени, а также визуализацию информации и взаимодействие с оператором.

АСУ, разработанная для рассматриваемой системы, изображена на рисунке 9.

 

Рисунок 9 – Архитектура АСУТП

 

3.2 Функции АСУ

Спроектированная автоматическая система управления технологическим процессом должна выполнять следующие функции:

• Обеспечивать требуемый уровень надежности; Вырабатывать и реализовывать решения по управлению с участием средств вычислительной техники;
• Допускать возможность модернизации и развития в пределах, предусмотренных техническим заданием (ТЗ) на создание АСУТП;
• Обладать требуемыми метрологическими характеристиками измерительных каналов;
• Управления во время протекания технологического процесса;
• Нормально функционировать в условиях, указанных в ТЗ на систему;
• Обеспечивать заданный срок службы с учетом проведения восстановительных работ, указанных в технической документации на основные составные части АСУТП;
• Централизованного контроля и измерения технологических параметров;
• Формирования и выдачи данных оперативному персоналу АСУТП или АТК.

 

3.3 Описание классификационных признаков АСУ

При планировании, проведении и обобщении разработок АСУТП следует иметь в виду, что эти системы весьма разнообразны. Для решения ряда научных, технических и организационных вопросов необходимо пользоваться общей классификацией АСУТП, т. е. правилами разбиения всего множества этих систем на такие подмножества (классификационные группы), в пределах которых все входящие в них АСУТП одинаковы, близки или похожи в том или ином отношении.

По основным классификационным признакам нашу систему можно описать как (согласно классификатору):

• По уровню, занимаемому в структуре предприятия – АСУТП одноуровневая (кодовый индекс 1 - согласно классификатору АСУТП по уровню в предприятии).
• По характеру протекания управляемого технологического процесса во времени – АСУ непрерывным технологическим процессом (кодовый индекс н - согласно классификатору АСУТП по времени) Так как процесс носит непрерывный характер с длительным поддержанием режимов, близких к установившимся, и подача сырья практически безостановочна.
• По условной информационной мощности – наименьшую (кодовый индекс 1- согласно классификатору АСУТП по информационной мощности), так как число измеряемых и контролируемых параметров не превышает 40.
• По уровню функциональной надежности – высокая (кодовый индекс 3- согласно классификатору АСУТП по функциональной надежности), так как нужна жесткая регламентация из-за того, что отказы в АСУТП могут привести к остановам или авариям.
• По типу функционирования – локально-автоматическую (кодовый индекс л – согласно классификатору АСУТП по типу функционирования), так как автоматически выполняются только информационные функции и функции локального управления (регулирования). Решения по управлению процессом в целом принимает и реализует оператор.