Компрессор для подачи азота

Разделение воздуха на азот и кислород производиться методом глубокого охлаждения. Установка ГЖА-2000 работает по циклу двух давлений с подачей воздуха низкого давления центробежными компрессорами давлением 6,5 кгс/см2, воздуха высокого давления поршневыми компрессорами давлением до 220 кгс/см2 и поршневыми детандерами.

Воздух давлением 0,65 МПа поступает в цех с компрессорной станции КС-1 и КС-2. Очистка воздуха от углекислого газа производится в двух последовательно соединенных скрубберах. Поглощение углекислоты из воздуха производится раствором едкого натра. Проектом предусмотрено применение концентрированного едкого натра концентрацией до 40%, а также применение твердого едкого натра, плотность которого составляет 1,08÷1,13 г/см3. Для ускорения процесса очистки воздуха скрубберы работают по принципу противотока. Воздух проходит скрубберы снизу вверх, а раствор едкого натра (щелочь) циркуляционным насосом подается сверху. Воздух, очищенный от углекислого газа, поступает в щелочеотделитель, где освобождается от капель щелочи, унесенных из скрубберов, поступает в буферную емкость для дополнительной очистки от капель щелочь.

Воздух разделяется на два потока: 60% направляется в блок разделения, а 40% направляется дожимающий компрессор ДВУ 20-6/220. Компрессор ДВУ 20-6/220 четырехступенчатый, поршневой, U-образный, с промежуточными холодильниками и влагоотделителями, где происходит отделение влаги и масла от воздуха. Производительность компрессора 1200 м3/ч, с конечным давлением 22 МПа. Сжатый воздух с давлением в компрессоре до 22 МПа в пусковой период и до 13÷20 МПа в рабочий период направляется в блок осушки. Осушка воздуха производится при помощи адсорбента. При выходе из блока осушки воздух высокого давления разделяется на два потока: 70% поступает на блок разделения, 30% поступает в детандер. В детандере при расширении и снижении давления до 6 кгс/см2, воздух охлаждается до температуры минус 100÷120оС. Охлажденный воздух проходит через детандерные фильтры, очищается от масла и механических примесей, поступает в блок разделения. 70% воздуха высокого давления проходит через теплообменник высокого давления, охлаждается там до температуры минус 125÷150оС за счет температуры отходящего азота. Охлажденный воздух проходит через дроссельный вентиль Р-1, дросселируется до давления 0,4÷0,6 МПа и охлаждается за счет дросселирования. Оба потока воздуха поступают в испаритель нижней колонны, где образуется парожидкостная смесь. Воздух низкого давления проходит через межтрубное пространство теплообменника-вымораживателя, находящегося на отогреве, где охлаждается за счет таяния льда. Затем воздух направляется в межтрубное пространство теплообменника-вымораживателя, находящегося в работе, где воздух охлаждается до температуры не выше минус 55оС за счет обратных потоков азота, кислорода и фракции. Из теплообменника-вымораживателя воздух поступает межтрубное пространство основного теплообменника, где охлаждается до минус 155÷170оС за счет обратных потоков азота, кислорода и фракции, затем поступает в куб нижней колонны. В кубе нижней колонны происходит предварительное разделение воздуха на азот 99,98% и кубовую жидкость, обогащенную кислородом до 32÷35%. Газообразный азот из нижней колонны, проходит межтрубное пространство основного конденсатора, где конденсируется до жидкого состояния за счет кипения жидкого кислорода, находящегося в трубном пространстве. Из основного конденсатора жидкий азот поступает в карман нижней колонны, оттуда часть азота поступает на орошение тарелок нижней колонны, а другая часть в мерник верхней колонны. В верхней колонне происходит окончательная ректификация воздуха на его составные части: азот с содержанием не менее 99,98% и кислород с содержанием не менее 99,2%. Азот в парообразном состоянии в нижней колонны подается частично через вентиль в межтрубное пространство выносного конденсатора, а жидкий кислород через вентиль Р-4 из основного конденсатора поступает в трубное пространство выносного конденсатора. За счет разницы давления в трубном пространстве 0,02÷0,07 МПа, в межтрубном пространстве 0,4÷0,6 МПа создается возможность сконденсировать азот, а кислород частично испарить и через отделитель ацетилена, вентиль, подать в основной теплообменник. Жидкая часть кислорода, загрязненная ацетиленом и другими примесями, поступает через вентиль Р-4 в криптоновый испаритель и выбрасывается в атмосферу после испарителя. Жидкий азот из выносного конденсатора через вентиль, переохладитель и дроссельный вентиль с давлением 0,02÷0,07 МПа поступает в мерник верхней колонны, а через мерник сливается на орошение тарелок верхней колонны. Благодаря соприкосновению жидкости, сливающейся вниз, с паром, поднимающимся вверх колонны, происходит повторный процесс ректификации жидкости, подаваемой в колонну. В результате многократного соприкосновения пара и жидкости в колонне получают продукт заданной чистоты, то есть азот с содержанием не ниже 99,98% и кислород с содержанием не ниже 99,2%. Для повышения чистоты получаемого азота с 15-ой тарелки верхней колонны отбирается кислородная фракция с содержанием кислорода 60÷65%. Фракция отводится через основной теплообменник-вымораживатель, находящийся в работе, где отдает свой холод воздуху, идущему в блок разделения воздуха. Газообразный азот отводится из верхней колонны в коллектор азота, пройдя предварительно переохладитель, теплообменник воздуха высокого давления. Из коллектора азот поступает на всас центробежных компрессоров ЦК-100, где сжимается до давления 0,55÷0,57 МПа. Далее газообразный азот подается через гребенку потребителям.

Для создания резерва часть азота из коллектора направляется в ресиверы через поршневые компрессора ЗГП-12/35, где сжимается до давления 3,5 МПа. Азот, в случае необходимости, из ресиверов может быть подан потребителям через регулирующие клапаны под давлением не ниже 0,45 МПа или через байпас во всасывающий коллектор. Избыток азота в коллекторе через регулирующий клапан выбрасывается в атмосферу. В случае аварийной остановки блока разделения воздуха, азот подается на всас ЦК-100 по трубопроводу. Кислород отбирается в газообразном состоянии из нижней части верхней колонны, проходит все теплообменники, за исключением теплообменника воздуха высокого давления и выходит в коллектор кислорода. Из коллектора часть кислорода подается потребителям через поршневой компрессор ЗГП-12/35, где сжимается до давления не выше 1,5 МПа. В блоках осушки кислород осушивается от водяных паров до температуры не выше минус 43оС (точка росы). Осушенный кислород по трубопроводу поступает на рампу для наполнения баллонов. Для создания резерва часть кислорода в реципиенты, где кислород находится под давлением 15 МПа. В случае необходимости из реципиентов кислород может быть подан потребителям через редукторы, снижающие давление кислорода до 1,5 МПа. Кроме того, осушенный кислород быть подан непосредственно из блока осушки на щит редуктора, где давление понижается до 1,5 МПа, и далее по трубопроводам потребителям.

Автоматизации подлежит стадия получения аварийного запаса сжатого воздуха в компрессоре ЗГП 12/35 до давления 3,5 МПа.

1. Выбор регулируемых  параметров и каналов внесения  регулирующих воздействий.

Показатели эффективности процесса и цели управления.

Основной показатель эффективности процесса:

- давление воздуха на  выходе из компрессора;

- производительность компрессора;

- затраты материалов и  энергии на процесс.

Основной показатель эффективности – давление воздуха на выходе из компрессора можно регулировать (имеются соответствующие средства автоматизации и каналы внесения регулирующих воздействий). Для регулировки давления выбираем одноконтурную САР.

Производительность регулируется САР при помощи перепада выходного и входного давления с последующим перепуском газа через байпасный вентиль. Байпас представляет собой трубопровод с задвижкой, соединяющий линию всасывания  и нагнетания компрессора. Изменяя положение задвижки, можно плавно изменять количество газа, протекающего в полость всасывания.

Целью управления является – поддержание заданного давления 3,5 МПа постоянной производительности при минимальных и энергетических затратах и при условии обеспечения безаварийности и непрерывности процесса.

Режимными параметрами являются:

- температура всех ступеней  компрессора;

- давление газа на выходе  после каждой ступени компрессора;

- температура масла в  картере;

- напряжение возбуждения  электродвигателя компрессора;

- изменение температуры  охлаждающей воды ступеней компрессора  или малый приток охлаждающей воды влечет его остановку. Следовательно, необходимо по температуре воды изменять, регулировать подачу воды всех ступенях компрессора.

При увеличении давления нагнетания может сработать клапан, и лишняя часть газа стравится в атмосферу.

2. Выбор контролируемых  параметров.

При выборе контролируемых параметров необходимо исходить из следующих соображений:

1) Снижение себестоимости  продукции (возможно при применении  более дешевых, но обеспечивающих необходимую точность средства автоматизации);

2) Обеспечение требуемого  режима технологического объекта  управления.

Поэтому при минимальном количестве контролирующих параметров необходимо получить максимум информации о процессе.

Контролируется регулируемые параметры – давление на линии нагнетания компрессора.

Контролю подлежат параметры, текущие значения которых необходимо знать для подсчета технико-экономических показателей – расход энергии.

Контролю также подлежат нерегулируемые режимные и параметры по которым постоянные возмущающие воздействия:

-  параметры давления  и температуры газа после каждой  ступени сжатия;

- давление и температура  масла в системе смазки механизма  движения;

- давление и температура  охлаждающей воды;

- температура масла в  ступенях компрессора.

3. Выбор сигнализирующих  параметров.

Сигнализируются все те параметры, выход которых за заданные пределы приводит к несчастным случаям, аварийной ситуации и нарушением технологического процесса. К ним относятся все контролируемые параметры, а также изменение напряжение возбуждения электродвигателя.

4. Выбор мероприятий по  защите и блокировке.

Средства автоматической защиты должны предотвращать аварийные ситуации. При этом технологический объект управления должен быть переведен в безопасное состояние. Автоматическое отключение компрессора происходит при превышении допустимых значений следующих параметров:

-  параметры давления  и температуры газа после каждой  ступени сжатия;

- давление и температура  масла в системе смазки механизма  движения;

- протока охлаждающей  воды;

- напряжение возбуждения  электродвигателя компрессора.

Автоматика обеспечивает:

- управление пуском и  остановкой электродвигателя компрессора;

- блокировку пуска незагруженного  компрессора;

- автоматическую разгрузку  компрессора при его пуске  и программной установке;

- независимое управление  разгрузкой компрессора тумблером  на щите управления.

5. Выбор средств  автоматизации.

При выборе средств автоматизации предпочтение отдается приборам отечественным, серийно выпускаемым, системы Госреестр. Так как процесс не является взрывоопасным, применяемые вещества не горючи, поэтому лучше использовать средства автоматизации электрической ветви, так как они более точны и быстродействены.

 В поршневых компрессорных  установках могут быть выполнены  следующие автоматические устройства:

- автоматическое регулирование  производительности;

- автоматическая защита;

- автоматическая блокировка;

- автоматический контроль.

Для контроля давления система Госреестра предлагает:

Контроллер «Электронная система управления ES 3000» позволяет осуществлять:

• Управление всеми операциями и параметрами, необходимыми при использовании компрессора: избыточное давление, остановка и запуск машины;
• Регулировку и проверку компрессора;
• Фиксирование и сохранение информации о произошедших внештатных ситуациях в работе;
• Остановку компрессора в случае обнаружения сбоев в работе;
• Визуальное представление информации о наступлении сроков обслуживания.

В устройстве применяется клавиатура сенсорного типа, устойчивая к загрязнениям.

Для контроля и регулирования давления выбираем датчик для измерения давления тип МЕТР АН-150.

 

А также:

- манометры жидкостные, деформационные, поршневые, электрические.

Выбирается манометр технический общего назначения и манометр с градуированной шкалой. Условия эксплуатации манометра тип ОБМ-160:

- температура окружающей  среды от – 50 до + 60оС;

- относительная влажность 95% при 35оС.

Для измерения температуры выбирается:

- термометр биметаллический, угловой, ртутный, технический угловой, манометрический дистанционный газовый,  термометр сопротивления, логометр.

Для внесения регулирующих воздействий выбирается электромагнитный клапан КЭД-2 (имеет двухпозиционное исполнение с сигнализацией крайних положений).

Для пуска. Остановки и переключения компрессора выбираются:

- магнитный пускатель  ПМЕ – 122;

- переключатель УП.

Контроль последовательности операций производится с помощью командных приборов и реле времени. Командные приборы обеспечивают последовательность большого количества операций, которые сдвинуты во времени.

7. Описание работы  выбранных систем автоматизации

Автоматический контроль и регулирование температуры ступени компрессора путем изменения давления воды, а соответственно протока воды в рубашках охлаждения ступеней компрессора.

1)  Предположим, увеличилась  температура воды в рубашке  после первой ступени. На это отреагирует датчик температуры:

1 – световая сигнализация  – 42оС

2 – звуковая сигнализация  – 45оС

3 – остановка компрессора  – 47 оС

Датчик температуры преобразует это изменение температуры в сигнал ЭДС и подает этот сигнал в машину централизованного контроля. Машина показывает текущее значение температуры, сравнивает его с заданным и выдает сигнал рассогласования. Этот сигнал поступает на магнитный пускатель типа ПМЕ – 122, который своими контактами размыкает цепь питания и дает сигнал на отключение главного двигателя. Загорается сигнальная лампочка остановка компрессора.

Регулирование давления ступеней компрессора путем изменения нагрузки, и разность давления между производимым и выдаваемым потребителям.

2) Предположим, увеличилось давление в компрессоре из-за того, что потребители меньше пользуются ресурсами. Датчик для измерения давления тип МЕТРАН -150-ДД подает этот сигнал в машину централизованного контроля. Машина показывает текущее значение давления и сравнивает его с заданным и выдает сигнал рассогласования. Этот сигнал поступает на магнитный пускатель типа ПМЕ – 122, который своими контактами размыкает цепь питания и дает сигнал на отключение главного двигателя. Загорается сигнальная лампочка остановка компрессора.

Спецификация на приборы и средства автоматизации

Таблица 1.1

Поз.	Наименование и техническая характеристика оборудования, материалов	Тип, марка оборудования	Единица измерения	Кол-во
-	Контроллер «Электронная система управления»	ES 3000	шт	1
-	Датчик для измерения давления, предел измерения 0-6,0 МПа, класс точности 0,5	Тип МЕТРАН-150	шт	1
-	Универсальный ПИД – регулятор	КС-44	шт	1
1а	Манометр технический общего назначения предел измерения 0-6,0 МПа, класс точности 1,5	Тип ОБМ-160	шт	1
4а	Манометр с градуированной шкалой предел измерения	Тип ГТПр-53	шт	1
5б	Термометр биметаллический (в хвостовой части – 85 мм)	Тип БТ-2	шт	1
6б	Термометр угловой ртутный (< 135оС)	Тип Т-4-2	шт	1
10б	Термометр манометрический дистанционный газовый предел измерения 0 – 200 оС	Тип ТГ-278	шт	1
5а	Термометр ртутный технический угловой (< 135оС)	Тип Б-4-1	шт	1
13б	Логометр	Л-64	шт	1
13а	Термометр сопротивления	ТСМ-1188-О1	шт	1
1в	Электромагнитный клапан	КЭД-2	шт	1
-	Магнитный пускатель-переключатель УП	ПМЕ-122	шт	1
21а	Диафрагма камерная диаметр условного входа 100 мм, условное давление 2,5 МПа	ДК-25-100	шт	1