合成氨精脱硫工段自控系统设计Word下载.docx
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2)自控方案的确定
3)仪表选型说明,编制自控设备表
4)节流装置或调节阀的数据计算
2.设计图纸
1)工艺管道及控制流程图
2)仪表盘正面布置图
3)仪表盘背面电气接线图
4)供电系统图
二、进度安排
11.28~11.29
收集查阅资料,熟悉工艺流程,确定系统控制方案
11.30~12.01
仪表选型,编制自控设备表
12.2
绘制工艺管道及控制流程图
12.5
绘制仪表盘正面布置图
12.6
绘制仪表盘背面电气接线图
12.7
有关数据计算
12.8~12.9
编写设计说明书
三、参考资料或参考文献
1.赵育祥编.《合成氨工艺》[M].1985,化学工业出版社
2.赵忠祥.《氮肥生产概论》[M].1995,化学工业出版社
3.王庭富.21世纪合成氨展望[J].化工进展,2001,20(8),6-8.
4.王敏.合成氨生产中的废气利用与节能效益[J].江西能源,2001(3):
26-27
5.张炳标.膜分离法回收合成氨弛放气中氢气[J].低温与特气,2003,21
(1):
23-25
6.张岩.化学沉淀—A/O工艺处理合成氨废水[J].中国给水排水,2004,20:
77-79
7.贾邵义柴诚敬.《化工传质与分离过程》[M].上海:
化学工业出版社.2005.278-284
8.王树仁.《合成氨生产工》[M].北京:
化学工业出版社.2005-02
9.王新杰.合成氨厂两气回收技术的应用[J].中氮肥2006,
(1):
13-14
指导教师签字:
年月日
教研室主任签字:
年月日
四、课程设计(学年论文)摘要(中文)
氨的合成工段,其主要任务是在适宜的温度、压力和有触媒催化的条件下,将经过精制的氢氮混合气体,在合成塔内直接合成为氨。
然后将所得的气氨,从氢氮混合气中经冷却冷凝成为液态氨分离出来。
液氨由氨罐进入氨冷器蒸发为气氨,送碳化岗位制取碳酸氢铵;
或送硝酸车间制取硝酸和硝铵;
或送硫铵车间制取硫酸铵;
或将液氨送尿素车间制取尿素等。
未合成为氨的氢氮混合气体继续在合成系统内循环使用。
五、课程设计(学年论文)摘要(英文)
Ammoniasynthesissection,whosemaintaskistheappropriatetemperature,pressureandcatalystofcatalyticconditions,willgothroughapurificationofhydrogenandnitrogenmixedgasinsynthesisammoniasynthesisTowerdirectly.Andthenofgasderivedfromammoniafromhydrogenandnitrogenmixedgascooledincondensationliquidammoniaseparation.Liquidammoniafromammoniatanksintotheevaporationofammoniacoolerforammoniagas,sendingpostcarbideproductionofAmmoniumbicarbonate;
orgivenpreparationofnitrateandammoniumnitratefromnitricacidplant;
orgivenpreparationofammoniumsulfatefromammoniumsulfateplant;
ortogetliquidammoniaureaplantforproducingurea.Isnotsynthesistosynthesisofammoniafromhydrogenandnitrogenmixedgascontinuestorecycleinthesystem.
六、指导教师评分
评价内容
具体要求
权重
得分
调查论证
能独立查阅文献和从事其他调研;
能提出并较好地论述课题的实施方案;
有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。
10
实践能力
独立设计、计算、绘图的能力(课程设计);
能正确选择研究(实验)方法,独立进行研究的能力(学年论文)
15
分析解决问题能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题(课程设计);
或能对课题进行理论分析,得出有价值的结论(学年论文)。
工作量、工作态度
按期圆满完成规定的任务,工作量饱满,难度较大,工作努力,遵守纪律;
工作作风严谨务实。
质量
综述简练完整,有见解;
立论正确,论述充分,结论严谨合理(或设计过程完整,设计内容完全);
文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写工整规范,图表完备、整洁、正确;
论文(设计)结果有参考价值。
40
外语和计算机应用能力
在课程设计或学年论文中,能够体现外语和计算机的应用能力。
5
创新
工作中有创新意识;
对前人工作有改进或独特见解。
综合评语
年月日
七、答辩记录
①仪表盘背面电气接线图有哪几种方法,各有何优缺点?
答:
共有三种方法,一是直接接线法,优点是直观简单,缺点是图画线条较多,不可避免出现线条交叉点,对图纸阅读不利。
二是单元接线法,优点是图画连线简洁,缺点是不能直接表达出仪表间的连接关系。
三是相对呼应法,在短线上标出对方连接点编号(一呼),同时在对方连接点上标出本方的编号(一应),这种方法使用最多,也最实用。
②本设计中共有多少个控制回路,各自的作用是什么?
本设计共设置了两个控制回路,一个是前馈—反馈控制回路,作用是对蒸汽流量进行控制,一个是反馈控制回路,作用是对进入精脱塔的气体温度进行控制。
④仪表盘的正面如何布置?
上段仪表,距地面标高在1700~2000mm范围内,宜布置比较醒目的供扫视类的仪表,如指示表(色带、光柱指示仪)、闪光报警器、信号灯等。
中段仪表,距地面标高在1100~1700mm范围内,宜布置需经常监视和调整的一类的重要仪表,如记录仪表、控制仪表等。
下段仪表,距地面标高在850~1100mm范围内,宜布置操作类仪表,如操作器、遥控板、切换器和开关、按钮等。
记录人(签字):
年月日
答辩意见及答辩成绩
答辩小组教师(签字):
年月日
课程设计(学年论文)总评成绩:
(指导教师评分×
80%+答辩成绩×
20%)
第一章设计装置的工艺流程及设备
1.1主要设备
用到的设备有预脱塔、预热器、水解塔、水冷器、精脱塔。
主要设备规格和精脱硫剂装填见表1
表1.1主要设备规格和精脱硫剂装填
名称
规格/m
装量/m3
预脱塔
1660*8870
8
换热器
800
水解塔
1400
4
冷却器
1200
精脱塔
1600
9
予脱塔。
原料气进入工段经过预脱塔先进行初脱硫。
预热器。
利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气以提高锅炉效率的热交换设备。
用蒸汽加热到40-80℃,为接下来的水解塔工段进行做准备。
水解塔。
主要反应是水解反应的塔就是水解塔。
水解反应是化合物与水反应生成另外的化合物的反应。
使用水解催化剂,脱出无机硫。
在温度为320~350℃、压力为1.3~1.5MPa的条件下,在钴钼脱硫剂的作用下进行有机硫加氢转化反应及氧化锌吸收H2S生成ZnS,排入地沟。
水冷器。
制冷剂放出的热量被冷却水带走。
冷却水可以是一次性使用,也可以循环使用。
水冷器是为使水冷却到常温,方便后一阶段的精脱硫。
精脱塔。
对工业废气进行脱硫处理的设备。
这个工段脱出的是有机硫,把最后残余的硫进行精脱,减少氨气中硫的含量。
经过这5个工段后,硫的含量小于0.06×
10-6,甲醇催化剂寿命大大延长,减少更换甲醇催化剂,生产时间和能力大幅度提高。
1.2工艺流程
实现氨合成的循环,必须包括如下几个步骤:
氮氢原料气的压缩并补入循环系统;
循环气的预热与氨的合成;
氨的分离;
热能的回收利用;
对未反应气体补充压力并循环使用,排放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡等。
原料气进入工段,首先将被予脱硫(即粗脱),然后原料气经预热塔、水解塔、水冷器,最后冷凝前往后续工段——精脱塔,此次设计的控制系统包括了对于原料气进入不同部分的温度和压力的控制,以及除去的硫的排出等等环节,再次采用了均匀控制以保证原料气经过不同部分时脱硫反应能稳定进行。
气体从冷交换器出口分二路、一路作为近路、一路进入合成塔一次入口,气体沿内件与外筒环隙向下冷却塔壁后从一次出口出塔,出塔后与合成塔近路的冷气体混合,进入气气换热器冷气入口,通过管间并与壳内热气体换热。
升温后从冷气出口出来分五路进入合成塔、其中三路作为冷激线分别调节合成塔。
二、三、四层(触媒)温度,一路作为塔底副线调节一层温度,另一路为二入主线气体,通过下部换热器管间与反应后的热气体换热、预热后沿中心管进入触媒层顶端,经过四层触媒的反应后进入下部换热器管内,从二次出口出塔、出塔后进入废热锅炉进口,在废热锅炉中副产25MPa蒸气送去管网,从废热锅炉出来后分成二股,一股进入气气换热器管内与管间的冷气体换热,另一股气体进入锅炉给水预热器在管内与管间的脱盐,脱氧水换热,换热后与气气换热器出口气体会合,一起进入水冷器。
在水冷器内管被管外的循环水冷却后出水冷器,进入氨分离器,部分液氨被分离出来,气体出氨分离器,进入透平循环机入口,经加压后进入循环气滤油器出来后进入冷交换器热气进口。
在冷交换器管内被管间的冷气体换热,冷却后出冷交换器与压缩送来经过新鲜气滤油器的新鲜气氢气、氮气会合进入氨冷器,被液氨蒸发冷凝到-5~-10℃,被冷凝的气体再次进入冷交,在冷交下部气液分离,液氨送往氨库气体与热气体换热后再次出塔,进入合成塔再次循环。
图1-1工艺流程图
第二章自控方案设计
该设计精脱合成氨中的有机硫及无机硫。
它是将含有0-30ppm的H2S、COS及CS2的工艺气通过脱硫剂-蒸汽加热器加热到40-80℃——水解催化剂——冷却器冷却到常温——脱硫剂脱硫过程。
使精脱硫气体中总硫小于0.1ppm,选用的脱硫剂为EAC改性活性炭,或氧化铁TG-1型,SN-1型,ET-1型或WT-1型,常温水解催化剂可用EH-IQ型、852型等类型产品,系统压力小于100Kg/cm2。
在预脱塔、预热塔、水解塔、精脱塔中生成的沉淀物或无用物排出,排入到地沟。
在反馈控制系统中,控制装置对被控装置施加的控制作用,是取自被控量的反馈信息,用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务,这就是反馈控制。
在本课程设计的工艺流程中有两个反馈控制回路:
一个是由原料气体的压力和原料气经预热器后的温度组成的对低压蒸汽的流量进行控制的前馈—反馈控制回路。
另一个是原料气经水冷器后,为使出水冷器的原料气温达到要求,而对进入水冷器的气体流量进行控制的反馈控制回路。
对低压蒸汽的流量进行控制的前馈—反馈控制方案的确定
前馈控制有以下两个方面的局限性:
实际的工业对象会存在多个扰动,若均设置前馈通道,势必增加控制系统的投资费用和维护工作量,因而一般仅选择几个主要干扰作为前馈通道。
这样设计的前馈控制器对其它干扰是没有丝毫校正作用的
受前馈控制模型精度限制,用仪表来实现前馈控制算式时,往往作了近似处理尤其当综合得到的前馈控制算式中包含有纯超前环节或微分环节时,它们在物理上不能实现的,构筑的前馈控制器只能是近似的
前馈控制系统中,不存在受控变量的反馈,也即对于补偿的效果没有检验的手段,因此,如果控制的结果无法消除受控变量的偏差,那么系统也就无法获得这一信息的做进一步的校正。
为了解决前馈控制的这一局限性,在工程中往往将前馈与反馈结合起来应用构成前馈—反馈系统。
这样既发挥了前馈校正作用及时的有点,又保持了反馈控制能够克服多种扰动及对受控变量进行最终检验的长处。
前馈—反馈系统的优点:
从前馈控制角度看,由于增添了反馈控制,因而是降低了对前馈控制模型的精度要求,并能对未选做前馈信号的干扰产生校正作用。
从反馈控制角度看,由于前馈控制的存在,对干扰做了及时的精调,因为大大减少了控制的负担。
进入塔的原料气流量通常不可控,但可测,当原料气流量变化较大时,对塔的操作会造成很大的影响。
综合各种因素考虑,在对低压蒸汽流量进行控制时,采用前馈—反馈的方案。
对进入水冷器气流量进行控制的反馈控制方案的确定
进入精脱塔的气体,温度不能太高也不能太低,太高会对塔的操作有影响,并且影响到催化剂的活性,这时必须对进入塔的气体适当降温,太低则催化剂的活性达不到最大,产品生产的效率不高,这时必须对进入塔的气体适当进行升温,在节能这方面肯定会有所欠缺。
综合考虑,对进入水冷器的气体流量只需要设置一个简单的单回路即可,使出水冷器的气体的温度达到一个适当的值。
第三章仪表的选型及自控设备表
3.1仪表选型
调节阀的选型:
采用ZDJW-0.6s型电动蝶阀。
ZDJW-0.6s型电动蝶阀是电动单元组合仪表中的执行单元,它根据信号改阀门开度,达到对压力、流量、温度、液位等参数的自动调节,适用于大口径、大流量、低泄漏场合。
在本课程设计中要控制都是气体的流量、泄漏很低,且都是电信号驱动,故采用ZDJW-0.6s型电动蝶阀满足要求。
配电器的选型:
采用DFP-6200M型配电器。
DFP-6200M型配电器可现场安装的变送器提供一个隔离电源,同时又将变送器的4~20mA直流信号转换成隔离的1~5V直流电压信号,实现变送器与电源之间以及变送器与调节器之间双向隔离,保证系统的安全,可同时带两台二线制变送器或者一台四限制变送器工作。
加法器的选型:
采用210AD型加减器。
210AD型加减器是一种用于计算流量的混合比率或进行各种校正的小型化插装式结构的运算器。
它接受1~5VDC的输入信号(最多三点),乘以系数之后进行加减法运算。
输出1~5VDC或4~20mA。
计算公式为:
其中K1、K2、K3是输入系数,S0书输出偏置信号,S1、S2、S3是输入系数。
本课程设计有两路信号做输入,故210AD型加减器已满足要求。
压力变送器的选择:
采用DBY-2100型绝对压力变送器。
DBY型绝对压力变松器是DDZ-Ⅲ型电动组合仪表中的一个品种,用以连续测量液体、气体、蒸汽的压力及温度,并将被测介质的参数转换成4~20mA直流信号输出。
压力及温度指示仪表的选型:
采用DXZ-Ⅲ型双针指示仪表。
DXZ-Ⅲ型双针指示仪表电动单元组合仪表中显示单元的一个品种,在系统中作直流电流的指示作用。
温度变送器的选型:
采用DBW1100热电偶温度变送器。
DBW1100热电偶温度变送器用于测量0~3000°
C的温度,并将温度信号转换为0~20mA或1~5VDC电信号,送给指示仪表显示。
本课程设计中,所测气体温度在0~200°
C之间,采用该热电偶变送器满足要求。
流量变送器的选型:
采用DBL-544差压式流量变送器。
DBL-544差压流量变送器用与测量液体或蒸汽的流量,并将流量信号转换成0~20mA或1~5VDC电信号,送给指示仪表显示。
3.2自控设备表
表3.1自控设备一览
PIC101
变脱气压力指示控制仪表
DTZ-2100全刻度指示调节器
1
PT101
压力变送器
DBY-2100绝对压力变送器
TI111
变脱气温度指示仪表
DXZ-2011双针指示仪
温度变送器
DBW-1100热电偶温度变送器
PI102
低压蒸汽压力指示仪表
DXZ-2011双指针仪
PT102
DBY-2011绝对压力变送器
FI113
低压蒸汽流量指示仪表
流量变送器
DBL-544差压流量变送器
TIC114
温度显示控制仪表
DTZ2100全刻度指示调节器
TT114
DBW1100热电偶温度变送器
FY116
加法器
210AD型加减器
FV116
调节阀
ZDJW-0.6S型电动蝶阀
PI103
压力指示仪表
DXZ2011双针指示仪
PT103
DBY2100绝对压力变送器
TI112
温度指示仪表
BDW1100热电偶温度变送器
PI105
DXZ2011双针指示器
PT105
TIC115
TT115
DBW1100型热电偶温度变送器
TV115
配电器
DPF-6200M
仪表柜
KK-23
第四章节流装置或调节阀的数据计算
在控制系统中,为保证工艺操作的正常进行,必须根据工艺要求,准确计算阀门的流通能力,合理选择调节阀的尺寸。
如果调节阀的口径太大,将合阀门经常工作在小开度位置,造成调节质量不好;
如果口径太小,阀门完全打不开也不能满足最大流量的需要,就难以保证生产的正常运行。
根据流体力学,可得调节阀最大流量有关系如下所示:
其中
是流体经阀两端的压差,
流体密度,A为调节阀口径,以上公式针对的流体是水,但在本课程设计中流体是气体,因此必须对该公式进行修正,令
,C为调节阀的流通系数。
带入上式得:
当已知压差的最大流量,便可通过上述公式得到调节阀的口径大小。
有关流通系数C值的详细计算方法可查阅调节生产厂家提供的手册。
第五章课程设计的相关图纸
1)工艺管道及控制流程图(见附录一)
2)仪表盘正面布置图(见附录二)
3)仪表盘背面电气接线图(见附录三、附录四)
第六章课程设计总结
在这次设计过程中也碰到了各种各样的问题,如自控系统中自控方案该如何选择。
仪表选型,图纸的设计,因此在设计过程中,我们不得不边学边用,一边在图书馆查询各种资料,一遍在电子阅览室查阅相关数据,同时通过同学间的相互讨论,最后加上老师的指导,这次课程设计能够比较顺利的完成。
这次课程设计最难的部分可能就是用CAD软件画图管道工艺流程图,仪表盘正面布置图以及表盘背面电气接线图。
工艺流程图相对来说比较简单,仪表盘正面布置则要注意比例尺寸,而仪表盘背后电气接线图最繁琐,也最难。
在画这张图纸时,需要非常小心,采用的是一呼一应法,如果稍不注意,就有可能接错一根线。
同时因为仪表数量比较多,中间可能涉及到一个信号转换的问题,因此中间可能加入配电器,在变送器于指示仪表之间进行电气隔离,这又一次考验了我们的细心与耐心。
本次课程设计中不仅检验了我所学的知识,也培养了我如何去做一件事,如何去完成一件事情。
这次课程设计是我们专业课程知识的综合应用的实践训练,也是我们迈向社会,从事职业工作必不可少的一个过程。
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- 合成氨 脱硫 工段 自控 系统 设计