Автоматический контроль параметров сушки хлора

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автоматизация производственных процессов»

 

 

 

Допускаю  к защите

Руководитель ______________________

 

 

 

 

Автоматический  контроль параметров сушки хлора

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому  проекту по дисциплине

 

«Информационно – измерительные устройства систем управления»

1.009.00.00.ПЗ

 

 

 

 

 

Выполнил  студент группы АТПз-08-1     ___________     .

 

 

Нормоконтроль                                         ___________     

 

 

Курсовой  проект защищен с оценкой      ____________________

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2013 г.

   

 

 

  ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. Введение  …………………………………………………….………...... 4
2. Описание технологического процесса ………………………………...    5
3. Таблица параметров ……………………………………………………. 10
4. Выбор комплекса технических средств ……………………………….   11
5. Заказная спецификация …………………………………………………     13                                   
6. Заключение ………………………………………………………….…..     14
7. Библиографический  список………………………………………….
8. Приложение  (Схема автоматизации функциональная)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

 

В химической промышленности комплексной  механизации и автоматизации  уделяется большое внимание. Это  объясняется сложностью и высокой  скоростью протекания технологических  процессов, а также чувствительностью  их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ.

Задачи, которые решаются при автоматизации  современных химических производств, весьма сложны. Одна из основных тенденций  развития современной химической промышленности состоит в существенном увеличении единичной мощности технологических  агрегатов и линий. Создание крупнотоннажных  агрегатов выдвигает значительно  более жесткие требования к надежности функционирования технологических  процессов. Наряду с требованиями высокой  экономической эффективности повышенное внимание уделяется также качеству выпускаемой продукции, а, следовательно, и качеству ведения технологических  процессов, которое невозможно осуществить  без применения современных методов  управления. Для новых химико-технологических  процессов характерен переход к  более широкой номенклатуре продукции, к выпуску более чистых и качественных продуктов. От специалистов требуются  знания не только устройства различных  приборов, но и общих принципов  составления систем автоматического  управления.

Целью курсового проекта  является освоение методов проектирования и выбора технических средств  автоматизации, применяемых для  автоматизации химико-технологических  процессов и производств.

 

 

2.Описание технологического процесса

Газообразный хлор передают на осушивание. В качестве осушающего агента используют концентрированную серную кислоту. Простая установка для осушения хлора изображена на рис. 1.Устройство аппарата ясно из рисунка .Внутренний цилиндр имеет ложное днище, на котором размещается керамическая или стеклянная насадка. При осушении хлор передавливает серную кислоту во внутренний цилиндр и барботирует через нее. Внутренний цилиндр при этом работает как насадочная колонна. Капельки серной кислоты, захваченные хлором, отделяются в ловушке, а отработанная серная кислота периодически удаляется через нижний штуцер. В крупнотоннажных производствах осушение хлора осуществляется в керамических колоннах ,заполненных насадкой, которая сверху орошается серной кислотой. Осушаемый хлор подается в нижнюю часть керамической колонны. Высушенный хлор проходит брызгоуловитель и направляется в хлоратор. Серная кислота циркулирует в системе: абсорбционная колонна-колонна-сборник циркуляционный насос. По мере разбавления серная кислота выкачивается из сборника на регенерацию, а сборник заполняют концентрированной кислотой.          

 

 

 

  Описание отделения осушки хлора

 

В состав отделения входят: теплообменники; фильтры влажного хлора, сухого хлора, отработанной серной кислоты, башни осушки хлора; ёмкости; каплеотбойник; насосы.

Ключи управления насосов находятся по месту.

Контроль  основных технологических параметров осуществляется с рабочего места  аппаратчика осушки газа. Управление технологическим процессом –  с автоматизированного рабочего места диспетчера ПХиК.

 

 

  Описание функциональной схемы  осушки хлора.

Основные  контролируемые параметры.

Влажный хлор поступает в фильтры влажного хлора, где происходит отделение  от хлора капель жидкости, которая  скапливается в нижней части фильтра  и самотеком через гидрозатвор  стекает в емкость хлорной  воды. В обтянутые холстопрошивным волокном. Вакуумметрическое давление хлора перед фильтром, минус 1,2 ÷ минус 0,8 кПа, контролируется поз. PT 1-a.

После фильтров хлор поступает в нижнюю часть  башен осушки (вместимость 63 м³) и пройдя через насадку выходит из верхней части. Башня осушки хлора представляет собой вертикальную колонну, в которой в качестве насадки используются кольца Рашига.

Вакуумметрическое давление хлора перед башней осушки, минус 2,0 ÷ минус 1,3 кПа, контролируется поз. РT 2-a. В верхнюю часть подается серная кислота, циркулирующая по схеме: башня осушки - насос - теплообменник - башня осушки. Объёмный   расход   серной    кислоты    на    орошение   башни   осушки  хлора, 25 ÷ 50 м³/ч, контролируется поз. FIT 7-a. При минимальном расходе 25 м³/ч срабатывает предупредительная сигнализация. Массовая доля моногидрата (H₂SO₄)  в серной  кислоте на выходе из башни, 74 ÷ 78%, контролируется поз. QE 3-a и регулируется клапаном поз. QV 3-д, установленным на трубопроводе подпитки башен осушки крепкой серной кислотой.

При поглощении влаги, содержащейся в хлоре, серной кислотой происходит повышение температуры  серной кислоты. В теплообменнике серная кислота охлаждается оборотной  водой. Оборотная вода прямая из напорного  трубопровода поступает на охлаждение теплообменников. Оборотная вода обратная сливается в емкость (вместимость 6,3 м³), откуда насосами откачивается в общую систему обратной оборотной воды.

       Уровень в ёмкости, 30 ÷ 70%, контролируется  поз. LE 10-a и регулируется клапаном поз.LV 10-д, установленным на байпасе насоса.

При минимальном  уровне 20%  срабатывает предаварийная  сигнализация и блокировка на отключение насоса. При максимальном уровне 80% срабатывает предаварийная сигнализация.

Давление  на нагнетании насоса, 0,2 ÷ 0,3 МПа, контролируется по месту поз. PT 11-a.

На трубопроводе свободного слива оборотной воды в ёмкость установлен рН-метр поз. QT 9-a, контролирующий рН в диапазоне 6,5 ÷ 10,5. При рН  6,0 срабатывает предаварийная сигнализация и блокировка на отключение насоса. При отключении насоса оборотная вода из ёмкости по линии перелива сливается в  химзагрязнённую канализацию в колодец №606.

Температура серной кислоты после теплообменника (поверхность теплообмена 61 м²), 30 ÷ 35^оС,  контролируется поз. TT 5-a. При температуре 35^оС срабатывает предупредительная сигнализация. Температура оборотной воды на выходе из теплообменника, 15 ÷ 35^оС,  контролируется поз. ТT 8-a. При температуре 40^оС срабатывает предаварийная  сигнализация и отключается насос.

 

 

 

Давление  в трубопроводе серной кислоты после  теплообменника, 0,2 ÷ 0,3 МПа, контролируется поз. РT 6-a.

       Для подготовки к ремонту башен  осушки предусмотрена продувка  технологическим воздухом со  сбросом на установку аварийной  абсорбции.

Подача  крепкой серной кислоты в башню  осушки производится из напорной емкости (вместимость 9,5 м³). В напорную емкость крепкая серная кислота с массовой долей моногидрата (Н₂SO₄) не менее 96% поступает с установки выпаривания серной кислоты или со склада.

Давление  на нагнетании насоса, 0,15 ÷ 0,20 МПа, контролируется по месту поз. PT 12-а.

Для предотвращения замерзания трубопровода откачки отработанной серной кислоты в холодное время  предусмотрена продувка технологическим  воздухом на склад.

       В серной кислоте, используемой  для орошения колонн осушки  хлора, содержатся твёрдые включения  в виде солей и оксидов. В  процессе осушки эти примеси  частично переходят в хлоргаз. Попадая затем на лопатки рабочих колёс ротора компрессора, они приводят их к быстрому износу. Чтобы защитить компрессор от этого разрушающего действия, после колонн осушки установлены фильтры сухого хлора, которые задерживают основное количество твёрдых примесей.

       Фильтр сухого хлора представляет  собой стальной цилиндрический  аппарат со съёмной крышкой.  Внутри устанавливаются специальные  кассеты с фильтрующим слоем  из стекловолокна. Температура  хлора на входе в фильтр 20 ÷  30ºС, контролируется поз. ТP 4-a. Вакуумметрическое давление перед фильтром, минус 5,6 ÷ минус 2,7 кПа, контролируется поз. РT 13-a, после фильтра, минус 7,6 ÷ минус 3,5кПа, поз. РT 14-a. После фильтра сухой хлор поступает на всас хлорного турбокомпрессора.

Для подготовки к ремонту и сушки фильтров предусмотрена продувка технологическим  воздухом или азотом со сбросом на установку абсорбции.

        Давление в трубопроводе оборотной  воды на входе в отделение, 0,35 ÷ 0,45 МПа, контролируется поз.  PT 15-a, температура, не выше 25ºС, поз. ТT 16-a, объёмный расход, 50 ÷ 500 м³/ч, поз. FIT 17-a.

 

 

 

Таблица параметров

3.Таблица параметров

Объект контроля

Средство измерения

Место расположения СИ

Ед. измерения

Значение

Точность измерения

Показ.

Запись

Сигнал.

Регул.

Блок.

Управ.

Мин

Ном

Предельное

Вакуумметрическое давление хлора перед  фильтром влажного хлора. Позиция 1-а

датчик

На трубопроводе

кПа

-0.8

-1

-1.2

1%

+

--

+

_

_

_

Вакуумметрическое давление хлора перед  башней осушки. Позиция 2-а.

датчик

На трубопроводе

кПа

-1.3

-1.65

-2

1%

+

--

+

_

_

_

Массовая доля моногидрата (H2SO4)  в  серной  кислоте  на выходе из башни. Позиция 3-a.

Концентра-томер

На трубопроводе

%

74

76

78

1%

+

+

+

+

_

_

Температура хлора на входе в фильтр сухого хлора.Позиция 4-а

ТC

На трубопроводе

°С

20

25

30

1%

+

_

_

_

_

_

Температура серной кислоты после теплообменника. Позиция 5-a.

ТC

На трубопроводе

°С

30

32.5

35

1%

+

--

_

_

_

_

Давление в трубопро-воде серной кислоты после теплообмен-ника. Позиция 6-a.

датчик

На трубопроводе

мПа

0.2

0.25

0.3

1%

+

--

+

_

_

_

Объёмный   расход   серной    кислоты    на    орошение   башни   осушки  хлора. Позиция 7-а.

расходомер

На трубопроводе

м3/ч

25

37.5

50

1%

+

+

+

+

_

+

Температура оборот-ной воды на выходе из теплообменника. Позиция 8-a.

ТC

На трубопроводе

°С

15

25

35

1%

+

--

--

_

_

_

рН обратной оборотной воды. Позиция 9-a.

рН метр

На трубопроводе

конст.

6.5

8.5

10.5

1%

+

+

+

_

+

_

Уровень в ёмкости. Позиция 10-a.

уровнемер

Фланцевый монтаж на верху колонны

%

30

50

70

1%

+

+

+

+

--

+

Давление на нагнетании насоса. Позиция 11-а.

датчик

На трубопроводе

мПа

0.2

0.25

0.3

1%

+

--

+

--

--

_

Давление на нагнетании насоса. Позиция 12-a.

датчик

На трубопроводе

мПа

0.15

0.175

0.2

1%

+

_

+

_

_

_

Вакуумметрическое давление хлора перед  фильтром сухого хлора. Позиция 13-а

датчик

На трубопроводе

кПа

-2.7

-4.15

-5.6

1%

+

_

+

_

_

_

Вакуумметрическое давление хлора после  фильтра сухого хлора. Позиция 14-а

датчик

На трубопроводе

кПа

-3.6

-5.6

-7.6

1%

+

_

+

_

_

_

Давление в трубопроводе оборотной  воды на входе в отделение. Позиция 15-a.

датчик

На трубопроводе

мПа

0.35

0.4

0.45

1%

+

--

+

_

_

_

Температура в трубопроводе оборотной  воды на входе в отделение.Позиция 16-a.

ТC

На трубопроводе

°С

0

12.5

25

1%

+

--

_

_

_

_

Объёмный расход в трубопроводе оборотной  воды на входе в отделение.Позиция 17-a.

расходомер

На трубопроводе

м3/ч

50

225

500

1%

+

+

+

_

_

--

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Обоснование выбора  комплекса технических средств  автоматизации

 

В данном курсовом проекте используем преимущественно приборы отечественной  фирмы МЕТРАН (RoseMount). Они обладают следующими преимуществами: высокой точностью измерения, возможностью передачи показаний на большие расстояния, меньшим запаздыванием показаний. Кроме того, на рынке средств автоматизации выбранная мною фирма занимает выгодные позиции. Качество её продукции не уступает европейскому, но цена – более приемлема.

 

Так как в данном промышленном процессе принимает участие химически  агрессивная среда – серная кислота, то материалы частей приборов, контактирующих с этой средой будут выбираться изготовленными из стали марки 12Х18Н10Т,с разделительной мембраной и категоричностью по Ex , конструктивными размерами, удовлетворяющими габаритам трубопровода. Всё это указано в заказной спецификации.

 

 

Измерение температуры

                                 Позиций(5-а,6-а,9-а,18-а.)

Для измерения температуры используют различные первичные преобразователи, отличающиеся способом преобразования температуры в промежуточный  сигнал. В промышленности наибольшее применение получили следующие первичные  преобразователи: манометрические  термометры, термометры сопротивления, термопары (термоэлектрические пирометры) и пирометры излучения.

Принцип действия термометров сопротивления: измерение температуры термометром сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. Зная эту зависимость, можно по значению сопротивления определить температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления. При увеличении температуры сопротивления ряда чистых металлов растет, а полупроводников снижается. Для изготовления термометра сопротивления наиболее пригодны по своим физико-химическим свойствам никель, платина и медь.

 

Термопреобразователи сопротивления медные

ТСМ Метран 204 (100М)

 

Назначение: термопреобразователи сопротивления медные ТСМ Метран204 предназначены для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры.

 

Количество чувствительных элементов: 1.