Дипломная (вкр): Автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа на 1У372

Автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа на 1У372

Введение

Системы автоматизированного управления стали неотъемлемой частью

технического оснащения современного производства, обеспечивая повышение качества продукции и улучшения экономических показателей производства за счет выбора и поддержания оптимальных технологических режимов.

Оренбургский газоперерабатывающий завод является предприятием с высокой степенью автоматизации технологических процессов. Большинство его объектов и технологических установок оснащено системами автоматического управления и регулирования, телемеханическими системами и иными средствами автоматики.

Для достижения целей повышения качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции, улучшения условий управления технологическими процессами, снижения непроизводительных потерь материально-технических и топливно-энергетических ресурсов, повышения уровня безопасности производства на Оренбургском газоперерабатывающем заводе в настоящее время реализуется комплекс мероприятий по реконструкции и техническому перевооружению автоматизированных систем управления с применением новейшего контрольно-измерительного и аналитического оборудования, микропроцессорных контроллеров, промышленных компьютеров и передового программного обеспечения. Однако полное переоборудование распределённой системы управления на базе современных законченных решений оказывается крайне дорогим и трудоёмким мероприятием. Поэтому подход, базирующийся на замене отдельных устаревших модулей системы современными компонентами, имеющими открытую архитектуру и легко программируемыми, является наиболее оправданным и весьма актуальным.

Автоматизация технологических процессов на газоперерабатывающем заводе главным образом осуществляется на базе программно-технического комплекса Foxboro (Invensys). В процессе эксплуатации данный программно-технический комплекс подтвердил все свои достоинства, удовлетворяющие широкому диапазону требований пользователя, в том числе специфическим обуславливаемым необходимостью контроля и регламентации физико-химических свойств веществ и условиями проведения химико-технологических процессов: высокими давлениями и температурами, агрессивностью перерабатываемых сред, необходимостью обеспечения безопасности при любых, в частности потенциально опасных, процессах.

Именно поэтому в качестве основы для реализации цели дипломного проекта - автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа на 1У372 выбрана система «I/A Series» фирмы Foxboro (Invensys). Система «I/A Series» является современной промышленной системой, работающей под управлением операционных систем Windows XP/NT или Unix. Масштабируемость системы дает возможность последовательного наращивания и модернизации АСУ ТП небольшими частями, без остановки технологического процесса и отключения системы.

Автоматизация 1У372 предусматривает введение дополнительного контура регулирования с использованием новейших промышленных газоанализаторов, которые позволяют решить важнейшую на газоперерабатывающем заводе проблему снижения энергетических затрат (потребление пара) на регенерацию аминового сорбента.

1. Обоснование необходимости разработки АСУ ТП У-372

.1 Общая характеристика производственного процесса

Процесс очистки и осушки сырого газа поступающего на III очередь Оренбургского ГПЗ реализован на трех идентичных установках 1,2,3У370 проектной производительностью на номинальном режиме работы установки 5 млрд. нм3/ год каждая.

Технологическая схема и аппаратное оформление этих установок одинаковое.

В состав каждой установки входит:

блок смешения и сепарации сырого газа -У371;

блок очистки газа от сероводорода, углекислого газа и регенерации раствора этаноламинов -У372;

блок осушки, отбензиневания и очистки газа от меркаптанов, регенерации гликоля и абсорбента -У374;

блок подсобных средств - У379.

Проект на строительство установок выполнен генеральным проектировщиком - Государственным научно-исследовательским и проектным институтом «ЮжНИИГипрогаз».

По проекту расчетный фонд рабочего времени составляет 8000 часов в год. Все технологические процессы производства непрерывны и автоматизированы.

Объекты основного производственного назначения построены на базе комплексного импортного оборудования, поставленного французской фирмой «ТЕКНИП».

Материальный баланс процесса очистки и осушки сырого газа реализуемый на 1,2,3У-370 представлен в таблице 1.1.

Установки сероочистки и осушки сырого газа III очереди Оренбургского ГПЗ введены в эксплуатацию 30 сентября 1978 года.

В предложенном дипломном проекте рассматривается блок очистки природного газа от сероводорода, углекислого газа и регенерации раствора этаноламинов 1У372.

Назначение блока - очистка сырого газа от примесей Н2S, СО2 и COS. Извлечение кислых компонентов производится промывкой газа циркулирующим 20-50 % водным раствором диэтаноламина (ДЭА) или 20-50% водным раствором метилдиэтаноламина (МДЭА) или их смесью суммарной концентрацией 20-50 % или абсорбентом «Новамин» с последующей регенерацией.

Таблица 1.1 - Материальный баланс установок 1,2,3У-370 (факт 1996 г)

.2 Описание технологического процесса

Химизм процесса абсорбционной очистки сырого газа от примесей Н2S, СО2

В основу процесса заложена способность физического компонента абсорбента (в данном процессе ДЭА, МДЭА) извлекать сероорганические примеси за счет физической растворимости и образования не стойких химических комплексов.

В абсорбере протекают следующие реакции:

Для ДЭА - R2 NH где R - C2H4OH

R2 NH + H2S Û (R2NH2)2 S (мгновенная)

(R2NH2)2S + H2S Û 2RNH2HS (мгновенная)

R2NH + CO2 Û R2NCOOR2NH2 (быстрая)

СO2 + H2O Û H2CO3 (медленная)

R2NH + H2CO3 Û (R2NH2)2CO3 (быстрая)

(R2NH2)2C03 + H2CO3 Û 2R2NH2HCO3 (быстрая)

Для МДЭА R2CH3N

R2CH3N + H2S Û (R2CH3NH)2S (мгновенная)

(R2CH3NH)2S + H2S Û 2R2CH3NHHS (мгновенная)

R2CH3N + CO2 Û (прямой реакции нет)

CO2 + H2O Û H2CO3 (медленная)

R2CH3N + H2CO3 Û (R2CH3NH)3CO3 (быстрая)

(R2CH3NH)2CO3 + H2CO3 Û 2R2CH3NHHCO3 (быстрая)

Данные реакции поглощения обратимые, экзотермические и чувствительные к колебаниям температуры и давления. Реакции поглощения протекают с выделением тепла, обратимая реакция сопровождается поглощением тепла. Поглощение кислых компонентов повышается с увеличением давления и снижения температуры, нижний предел температуры абсорбции ограничивается вязкостью аминов. Абсорберы работают при повышенном давлении и пониженной температуре, а регенераторы - при низком давлении и повышенной температуре.

Из приведенных уравнений видно, что ДЭА, МДЭА реагируют с Н2S одинаковым образом с образованием сульфида и гидросульфида амина, причем реакция классифицируется, как мгновенная; СО2 могут реагировать с ДЭА с образованием карбоната диэтаноламмония R2NHCOOR2NH2, а также карбоната (R2NH2)2CO3 и бикарбоната R2NH2HCO3. Обе реакции классифицируются как быстрые, но образованию карбоната и бикарбоната предшествует медленная реакция растворения СО2 в воде образованием угольной кислоты H2CO3.

Из структурной формулы

ДЭА           ОН- СН2-СН2 - N -CH2 -  CH2 - OH

                                  ç

                                  H

МДЭА       OH - CH2- CH2 - N - CH2 - CH2 - OH

                                 ç

                                 CH3

видно, что у МДЭА отсутствует свободный водород в аминовой группе, поэтому прямая реакция СО2 с образованием карбоната не протекает, а взаимодействие протекает через медленную стадию образования угольной кислоты, конечными продуктами является карбонат бикарбонат. Скорость реакции СО2 с МДЭА примерно на два порядка меньше, чем с ДЭА.

В связи с этим, при использовании МДЭА можно достичь определенной избирательности извлечения Н2S в присутствии СО2 , что позволяет в условиях переработки газа КГКМ получить кислые газы с соединениями Н2S >50 % при меньшем их объеме. (При ДЭА очистке содержание Н2S@40 %). Сероокись углерода (COS) извлекается из газа после предварительного разрушения его гидролизом:

СOS + H2O Û CO2 + H2S

Эта реакция идет при температурах более высоких, чем абсорбция. Для обеспечения условий разрушения сероокиси углерода предусмотрено повышение температуры в средней части абсорбера до -(750¸90) 0С.

Согласно признаку Ле-Шателье повышение температуры и понижение давления сдвигают вышеприведенные реакции влево - этим обусловлен выбор и реакции регенерации насыщенного амина.

.2 Описание технологической схемы

Очистка производится двумя параллельными потоками на трех установках. Для удобства дано описание одной полулинии.

Процесс очистки осуществляется непрерывно в абсорбере колонного типа, оснащенном двадцатью пятью ситчатыми тарелками.

Приходящий с блока сепарации неочищенный сырьевой газ после подогрева в теплообменнике 372 Е01 до температуры не менее +20 0С за счет тепла регенерированного амина подается на очистку в нижнюю часть абсорбера 372С01.

В абсорбере газ, проходя снизу вверх, контактирует с встречным потоком раствора амина, освобождается от кислых компонентов и выводится на блок осушки У-374.

Амин в абсорбер 372 С01 подается в две точки:

на 15 тарелку с температурой -(75 ¸90) 0С

на 25 тарелку с температурой -(35 ¸ 50) 0С.

Регенерированный амин подается из емкости хранения амина 372Т01 подпорными насосами 372Р01А,В,С на охлаждение в аэрохолодильники 372А02, где охлаждается до температуры -(75¸90) 0С и поступает на прием насосов высокого давления 372Р02 А,С. Дополнительное охлаждение осуществляется в аэрохолодильниках 372А04,А05, установленных параллельно 372А02 и водяном холодильнике 372Е08А,В, установленном на выходе с 372А04,А05.

С нагнетания насосов 372P02А,С часть амина с температурой -(75¸90) 0С и расходом до 260м3/ час подается на 15 тарелку абсорбера.

Другая часть охлаждается в аэрохолодильниках 372А03, в теплообменнике 372Е01 с температурой до 50 0С и расходом до 240 м3/ час подается на 25 тарелку.

Для предотвращения возможного вспенивания раствора амина предусмотрена подача антивспенивателя. Из бака 372В05 раствор подается дозирующим насосом 372Р04 на прием насосов 372Р01А,В,С, в случае интенсивного вспенивания предусмотрена увеличенная подача антивспенивателя центробежным насосом 372Р05 на прием насосов 372Р02А,С.

Стекая по тарелкам амин насыщается Н2S и СО2 собирается в кубе колонны и выводится в емкость расширения 372 В01. Емкость расширения (экспанзер) 372В01 работает под давлением 7 ати и служит для частичной дегазации насыщенного раствора амина.

Предусмотрена линия сброса газов расширения из 372В01 на факел низкого давления при пуске установки или повышенном давлении. На случай повышения давления в результате проскока газа из абсорберов емкость дегазации защищена разрывной мембраной RD02, рассчитанной на 20 ати со сбросом газа на факел ВД.

Газы расширения, состоящие из легких углеводородов и кислых газов, проходят колонну 372С05, очищаются амином от кислых компонентов и выводятся в топливную сеть завода. Колонна 372С05 оснащена 10 клапанными тарелками и расположена на емкости расширения 372В01. Амин подается на 10 тарелку после теплообменника 372Е01 с температурой до 500С.

Регенерация амина от Н2S и СО2 производится в отпарной колонне 372С03. Колонна оснащена 33 клапанными тарелками.

Дегазированный от углеводородов амин из емкости 372В01 двумя потоками поступает в теплообменники 372Е02А,В,С, подогревается до 110 0С за счет тепла регенерированного амина и подается на 20 тарелку десорбера 372С03.

Часть богатого амина (около 10 % ) может подаваться по схеме с «холодным байпасом» минуя теплообменники 372Е02А,В,С на 22 тарелку десорбера, что при нормальной работе теплообменников позволяет снизить расход тепла подводимого в рибойлера.

Насыщенный амин, поступающий в десорбер 372C03 стекает по тарелкам где из него выделяется сероводород и СО2 за счет тепло- и массообмена с восходящим паровым потоком.

Окончательная регенерация амина осуществляется в выносных подогревателях типа рибойлер 372Е04А1,А2. Амин со второй полуглухой тарелки десорберов сливается в межтрубное пространство рибойлеров 372Е04А1,А2, подогревается паром низкого давления до -(120-128) 0С и через перегородку поступает в кубовую часть десорберов.

Паровая фаза из рибойлера подается под вторую тарелку десорбера. Каждый рибойлер оснащен впрыскным конденсатоотборником.

Паровой поток, состоящий в основном из кислого газа и паров воды, проходит тарелки отпарной части десорбера, промывную 22 тарелку, полуглухую 23 тарелку и поступает в верхнюю часть десорбера, оснащенную десятью тарелками. Назначение верхней части - укрепление концентрации кислого газа за счет его охлаждения и конденсации основного количества водяных паров.

Охлаждение производится холодной циркуляционной водой при непосредственном контакте на тарелках. Из верхней части десорбера охлажденный до Т=(45-65) 0С кислый газ с незначительным содержанием паров воды потоком поступает в заводской коллектор.

Кислая вода собирается на полуглухой тарелке № 23 и самотеком сливается в емкость 372В02. Из емкости 372В02 кислая вода поступает на прием насосов 372Р03АВ. С нагнетания насосов 372P03А,В, часть воды подается на промывочную 22 тарелку десорбера.

Другая часть воды в количестве до 250 т/час на полулинию охлаждается в аэрохолодильниках 372А01 и подается на 33 тарелку десорбера для охлаждения кислого газа. Унос воды в виде паров с кислым газом восполняется подпиткой паровым конденсатом.

Регенерированный амин из кубовой части десорбера после охлаждения в теплообменниках 372Е02А,В,С насыщенным амином до температуры +90 0С поступает в емкость хранения 372T01.

.3 Описание действующей системы автоматики

На входной линии сырого газа в теплообменник 372Е01 установлен отсекатель 372RSV01.

При снижении температуры сырого газа, поступающего в абсорбер 372С01, до 20 0С срабатывает сигнализация поз. 372TAL 07.

Температура по полулинии после теплообменника 372Е01 регистрируется прибором поз.372TR-07.

Расход газа по полулинии регистрируется прибором поз. 372FR20.

На линии вывода кислых компонентов из абсорбера 372С01 на блок осушки У-374 установлен отсекатель 372RSV03.

Давление очищенного газа по полулинии (до 60 кг/см2) регулируется прибором 372PRC02, который управляет клапаном сброса на факел высокого давления 372 PCV02.

В емкости хранения амина 372Т01 предусмотрена сигнализация низкого уровня поз. 372LAL 26 (29%).

Давление на нагнетании насосов 372Р02А,С контролируется приборами поз.372PI 28,10. При снижении давления на всасе насосов 372P02А,С до 3.5 кгс/см2 срабатывает блокировка низкого давления 372PALCо07. На насосе 372Р02С при срабатывании блокировки 372PAHS10 (60 кгс/см2) открывается отсекатель ROV13.