Уважаемая комиссия, вашему вниманию представлена технологическая схема производства азота с помощью разделения воздуха на азот и кислород адсорбционным методом в условиях Производственного Объединения «Электро-химический завод» г. Зеленогорска.
Воздухоразделительные установки состоят из 2-х секций: ожижительной и разделительной.
Ожижительная секция предназначена для получения жидкой флегмы, в которой массовая доля кислорода чуть выше, чем в воздухе.
Основное оборудование ожижительной секции – это компрессор, блок комплексной очистки и осушки, ряд теплообменников, влагоотделителей.
Разделительная секция реализуется в блоке разделения. Основным оборудованием блока разделения являются ректификационная колонна, конденсатор-испаритель, ряд азото-кислородных теплообменников и расширители, в роли которых выступают детандеры.
Технология процесса разделения воздуха состоит в следующем:
Атмосферный воздух после сжатия в компрессоре до давления
6,5 МПа при температуре 40 °С направляется во влагоотделитель, где отделяется часть влаги. Далее воздух направляется в теплообменник, где за счет теплообмена с потоком отходящего газа охлаждается до 17 °С.
При этом дополнительно ожижается находящаяся в нем влага, которая отделяется во влагоотделителе. Далее воздух поступает в теплообменник и охлаждается находящейся в нем водой до 4 – 6 °С. Температура воды в теплообменнике поддерживается в интервале 5 – 8 °С выключением и отключением компрессорно-конденсаторного агрегата. Затем воздух поступает во влагоотелитель, а после в блок очистки, где осушается от оставшейся влаги и очищается от углекислоты и углеводородов. Сухой и очищенный воздух поступает в теплообменник для стабилизации температуры воздуха перед блоком разделения, после чего поступает непосредственно в блок разделения.
После блока разделения азот чистотой 99,999% сливается в емкости, а также в атмосферу испаряется 0,25% жидкой фракции для обеспечения взрывобезопасности конденсатора колонны.
Данный метод получения азота отличается высокой разделительной способностью, гибкостью установок, низкими затратами на обслуживание.
Автоматизация
В разделе автоматизация был рассмотрен процесс разделения воздуха как объект управления. Он характеризуется возмущающими воздействиями, входными и выходными параметрами. Данный анализ позволяет выбрать контролируемые и регулируемые параметры.
Была выбрана двухуровневая структура АСУ ТП разделения воздуха,
На нижнем уровне система решает задачи сбора первичной информации о ходе технологического процесса, анализа собранной информации, выдачи управляющих воздействий на исполнительные устройства. Задачи реализуются на базе промышленных контроллеров, датчиков, преобразователей, пусковой аппаратуры, исполнительных механизмов, регулирующих органов.
На верхнем уровне система решает задачи визуализации основных технологических параметров, архивирования параметров процесса разделения воздуха, выдачи команд на воздействие регулирующих органов исполнительным механизмам. Назначение устройств, их наименования, позиционные обозначения представлены на функциональной схеме.
Для верхнего уровня с помощью SCADA-системы Genesis-32 была разработана мнемосхема процесса, настроены аварийные события и тренды.
Для сбора, обработки данных с датчиков и отправки этих данных на ЭВМ, а также для формирования управляющих воздействий выбран МПК Simatic S7-300.
Помимо этого, в данном разделе были разработаны: схема автоматизации функциональная и дано ее описание, принципиальная электрическая схема контроля, схема щита контроллера, схема монтажно-коммутационная щита контроллера, схема внешних электрических и трубных проводок.
В специальной части выполнена разработка АСР давления воздуха в блоке разделения воздухоразделительной установки. По кривой разгона были найдены единичная и нормированная переходные характеристики, а затем передаточная функция объекта управления. Была проведена аппроксимация решением дифференциального уравнения второго порядка (ошибка 1 аппроксимации больше допустимого значения 3 %). Ошибка после второй аппроксимации составила 1,62%, следовательно, приняли данную ПФ, как ПФ ОУ.
По приближенным формулам были найдены настройки регулятора, а затем было произведено уточнение и оптимизация настроек с помощью математического моделирования в прикладной программе Vissim. При увеличении и уменьшении настроек на 20 % переходные процессы получились сходящимися, следовательно, можно сделать вывод о оптимальности настроек регулятора.
По частотному критерию Найквиста система исследована на устойчивость, запас по амплитуде составляет 0,35, по фазе – 300, на основании данных показателей качества можно сделать вывод, что система устойчива.
Так как параметры объекта могут изменяться во времени, необходимо проверить систему на грубость (робастность). После проверки можно сделать вывод, что при изменении параметров объекта (коэффициента усиления и запаздывания) система сохраняет свою работоспособность. Следовательно, система робастна к изменениям параметров объекта.
В разделе электроснабжение дано описание электроснабжения предприятия и проектируемого участка, приведена однолинейная схема электроснабжения. Произведен ряд расчетов, а также приведены меры безопасности при работе с электрооборудованием.
В разделе безопасность жизнедеятельности выявлены вредные и опасные факторы (поражение электрическим током при непосредственном соприкосновением с токоведущими частями электрооборудования, пониженная температура, обморожение открытых участков тела при попадании жидкого азота или при соприкосновении открытых участков тела с охлажденными до температуры жидкого азота предметами, конденсация на охлажденных жидким азотом поверхностях кислорода, возгорание при контакте с горючими материалами). Также были рассмотрены такие вопросы как:
- технические и организационные мероприятия по охране труда;
- электробезопасность;
- мероприятия по производственной санитарии;
- искусственное освещение;
- расчет воздухообмена;
- мероприятия по взрывной и пожарной безопасности;
- охрана окружающей среды;
- безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях.
В экономической части велось обоснование внедрения АСР давления воздуха в блоке разделения.
В результате внедрения дополнительная прибыль составила 55 926,5 рублей, срок окупаемости составляет 1,75 г (1 год и 9 месяцев). Можно сделать вывод о целесообразности внедрения данной АСР.
Доклад окончен. Спасибо за внимание.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.