Расчет комбинированной автоматической системы регулирования температуры на выходе печи F02 - Курсовая работа

Астраханский газоперерабатывающий завод (II очередь строительства) предназначен для переработки пластового газа Астраханского газоконденсатного месторождения в количестве 7,2 млрд. м3/год с получением товарных продуктов: - сера газовая, тыс. тонн - 2250; В состав установки входят две полулинии общей производительностью 3660 тыс. тонн/год по нестабильному конденсату и две полулинии общей производительностью 400 м3/сут. по очищенным стокам. Установка промывки и повторного компремирования газов конденсата У-241, состоящая из двух полулиний общей производительностью по очищенному газу 820 млн. м3/год. Первый пусковой комплекс включает все вышеперечисленные установки кроме 3,4 У-272, 3,4 У-251, установки У2-760. Обессереный газ с установок очистки У-272 поступает на установку сушки и отбензинивания газа У-274, где газ осушается от влаги на цеолитах, а затем из газа извлекаются при температуре 1000С меркаптаны.Газы, выходящие из котла-утилизатора Е01, поступают на подогрев во вспомогательную печь F02. В этой печи за счет сжигания кислого газа (2% от общего количества), основной поток технологического газа смешивается и подогревается до 240-280 ОС. Соотношение воздух/кислый газ выдерживается 4:1, тем самым достигается избыточное содержание SO2 в газе, необходимое для проведения реакций гидролиза в конверторе R01. Контроль за расходом топливного газа осуществляется датчиком 51FT048(51FI048), установленным по месту (у печи). При температуре 240ОС (51T014) и устойчивом горении печь F02 переводится на кислый газ.Установка предназначена для получения элементарной серы из кислого газа, выделенного в процессе сероочистки природного газа на установках У272, У241, установок стабилизации конденсата У221, а также газа выветривания с установок У-222, У-265.Технологический процесс преобразования содержащегося в кислом газе сероводорода в элементарную серу, т.е. конверсии, основан на реакции Клауса: 2Н2S SO2 = 3/NS 2H2O X ккал/моль где n-количество атомов серы в молекуле, зависящее от температуры реакции (от 2 до 8). Эта реакция осуществляется в два этапа: на первом этапе (термическом) поток кислого газа подается в печь реакции, где смешивается с воздухом и сжигается, при этом происходит окисление примерно 1/3 Н2S до SO2 при высокой температуре (900-1350 0С) На втором этапе (каталитическом) газ проходит два последовательно установленных каталитических конвертора, где две трети неокисленного Н2S реагируют с образующимся SO2 . Сера, получаемая на каждом этапе процесса, выделяется из реакционной среды путем конденсации, что позволяет перемещать равновесие реакции в направлении образования серы. Установка предназначена для получения элементарной серы из кислого газа, выделенного в процессе сероочистки природного газа на установках У272, У241, установок стабилизации конденсата У221, а также газа выветривания с установок У-222, У-265.Газы, подогретые в F02, проходят сверху вниз через слой катализатора конвертора R01, где происходят химические реакции с преобразованием Н2S и SO2 в серу и гидролиз COS, CS2. Контроль за температурой катализатора по слоям - верхнем и нижнем, осуществляется термопарами с выводом показаний и регистрацией на щите операторной, точки TR017, 018, 019, 020, 021, 022 и по цифровой консоли (ТІ017, 018, 019, 020, 021, 022). Контроль за температурой газа на выходе из аппарата осуществляется датчиком (TI023). На случай загорания серы и повышения температуры в аппарате предусмотрена подача пара VB во входной трубопровод R01. Регулирование уровня осуществляется регулятором LRC025, клапан которого LV025 установлен на трубопроводе входа воды.Контролируемые: FТГ - расход технологического газа; Для управления технологическим процессом установки У-251 применен программно-технический комплекс системы I/A SERIES фирмы Фоксборо (США). В процессе ступенчатого изменения расхода воздуха был снят динамический процесс в печи по каналу управления. Печь F02 как объект управления характеризуется: · коэффициент усиления = 3 0С/%хро; В процессе ступенчатого изменения расхода технологического газа был снят динамический процесс в печи по каналу возмущения.АЧХ объекта регулирования мин-1Предварительно выбираем комбинированную систему регулирования температуры в печи F02 с компенсацией возмущения по каналу изменения расхода, поступающего в печь технологического газа.Соберем замкнутую систему управления, используя в ней ПИ-регулятор с параметрами, рассчитанными по методу Циглера-Никольса. При значении переходный процесс становится незатухающим с периодом колебаний Ткр=3 мин, и частотой Отсюда находим: Построим переходной процесс в системе при подаче управляющего воздействия: Учитывая, что передаточная функция разомкнутой системы есть Найдем передаточную функцию замкнутой системы по выражению и построим АЧХ замкнутой системы: Из АЧХ находим значение рабочей частоты ?р = 1,71 мин-1 Поскольку компенсирующее воздействие приложено ко входу ОУ, то передаточная функция идеального компенсатора находится в соответствии с выражением: Как видно,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Описание технологической схемы

1.1 Назначение

1.2. Химические реакции

2. Описание установки У-251

3. Описание технологического процесса каталитической части Клауса

4. Анализ печи F02 как объекта управления

5. Расчет частотных характеристик объекта регулирования

6. Предварительный выбор системы регулирования

7. Расчет и исследование системы регулирования

Заключение

Список литературы

Назначение завода

Астраханский газоперерабатывающий завод (II очередь строительства) предназначен для переработки пластового газа Астраханского газоконденсатного месторождения в количестве 7,2 млрд. м3/год с получением товарных продуктов: - сера газовая, тыс. тонн - 2250;

- газ товарный, млрд. м3 - 3,5;

- сжиженные газы, тыс. тонн - 182;

- стабильный конденсат, тыс. тонн - 120.

АГПЗ-2 состоит из следующих установок: 1. Установка сепарации пластового газа высокого давления У-271.

В состав установки входит 5 линий производительностью 1,5 млрд. м3/год отсепарированого газа каждая.

2. Установка очистки газа от кислых компонентов (H2S, CO2) У-272 в количестве 4-х, каждая производительностью 1,5 млрд. м3/год.

3. Установка осушки и отбензинивания газа У-274. В состав установки входят две полулинии производительностью 2,1 млрд. м3/год каждая.

4. Установка получения серы У-251 в количестве четырех, производительностью каждая 625 тыс. тонн в год серы.

5. Установка хранения жидкой серы У-254. В составе четырех железобетонных ям емкостью по 500 м3 каждая.

6. Механизированный склад комовой серы У.2.853 производительностью 1,3 млн. тонн комовой серы.

7. Установка грануляции серы со складом У.2.860 производительностью 1000 тыс. тонн/год гранулированной серы.

8. Установка стабилизации конденсата и обработки сточных вод У-220. В состав установки входят две полулинии общей производительностью 3660 тыс. тонн/год по нестабильному конденсату и две полулинии общей производительностью 400 м3/сут. по очищенным стокам.

9. Установка промывки и повторного компремирования газов конденсата У-241, состоящая из двух полулиний общей производительностью по очищенному газу 820 млн. м3/год.

10. Установка переработки и очистки широкой фракции легких углеводородов У.2.760 производительностью 310 тыс. т/год сжиженных газов.

11. Вспомогательные установки и объекты: азотно-кислородная станция, компрессорная воздуха КИП, установка подсобных средств, межцеховые коммуникации, операторная, замерный пункт товарного газа, главная понизительная подстанция, факельное хозяйство, установка для сжигания производственных отходов, расширение складов хранения сжиженных газов, нефтепродуктов и др. объектов.

Астраханский ГПЗ-2 разделен на два пусковых комплекса. Первый пусковой комплекс включает все вышеперечисленные установки кроме 3,4 У-272, 3,4 У-251, установки У2-760.

С целью обеспечить гибкую эксплуатацию первой и второй очереди завода между ними предусматриваются технологические соединительные трубопроводы.

Краткое описание завода.

Пластовый газ с промысла поступает с давлением 69 кгс/см2 на установку сепарации газа высокого давления У-271, где производится отделение от газа углеводородного конденсата и воды.

Состав сырья (пластового газа в % молях): - метан - 52,83

- этан - 2,12

- пропан - 0,82

- изобутан - 0,15

- н-бутан - 0,39

- пентан - 0,45

- гексан - 0,48

- гептан - 0,38

- октан - 0,38

- нонан - 0,33

- декан с высшими углеводородами - 1,49

- азот - 0,40

- углекислый газ - 13,96

- сероводород - 25,37.

Отсепарированый газ с установки У-271 поступает на установки очистки от кислых компонентов У-272. Очистка газа от сероводорода и углекислого газа основана на абсорбции их 33% раствором диэтаноламина. Обессереный газ с установок очистки У-272 поступает на установку сушки и отбензинивания газа У-274, где газ осушается от влаги на цеолитах, а затем из газа извлекаются при температуре 1000С меркаптаны. Осушенный и очищенный газ затем компремируется до 55 кгс/см2 и через замерный пункт товарного газа направляется в магистральный газопровод.

Кислые газы с установок У-272 поступают на установки получения серы У-251. Получение серы происходит в отделениях «Клаус» и «Сульфрин». В отделениях «Клаус» осуществляется преобразование основного количества содержащегося в кислом газе сероводорода в элементарную серу в две стадии. Технологический процесс «Сульфрин» предназначен для преобразования в элементарную серу сероводорода и сернистого ангидрида, остающихся в остаточных газах отделений «Клаус».

Жидкая сера, полученная на установках получения серы У-251, направляется в емкости хранения У-254 и оттуда может быть откачена на получение гранулированной или комовой серы.

Сырой углеводородный конденсат, отсепарированый на установке У-271, поступает на установку У-221, где очищается от солей легких углеводородов и основного количества сероводорода и направляется на дальнейшую переработку на первую очередь завода для получения готовой продукции (бензина А-80, дизельного топлива, мазута).

Пластовая вода с установки сепарации У-271 поступает на очистку от механических примесей на установку У-265, затем поступает в отделение У-222, где обрабатывается соляной кислотой, натриевой щелочью, отгоняется от кислых компонентов и легких углеводородов и направляется на полигон для закачки в глубокие горизонты.

Газы стабилизации с установки У-221 и газ выветривания с установки У-272 направляется на установку промывки и повторного компремирования газов У-241.

Грубая очистка газов от кислых компонентов производится 33% раствором диэтаноламина. Компремированный газ с давлением 67 кгс/см2 с установки У-241 направляется на установку очистки газа от кислых компонентов У-272 для его тонкой очистки.

Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), содержащая сернистые соединения, поступает на установку переработки и очистки ШФЛУ 2.760. ШФЛУ разделяется на фракции С3-С4 и С5; последняя подается на производство переработки конденсата первой очереди. Фракция С3-С4 последовательно проходит очистку ДЭА и щелочью от остатков сероводорода и сероокиси углерода, затем очистку от меркаптанов раствором комплексного катализатора. Очищенная фракция С3-С4 промывается водой и осушивается от влаги на цеолитах, затем в колонне ректификации разделяется на пропан-бутановую и бутановую фракции. Последние в качестве товарных продуктов направляются на склад готовой продукции.