ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА И ЗАДАЧИ ЕГО АВТОМАТИЗАЦИИ
Развитие химической промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов и ростом производств, использованием агрегатов большой единичной мощности, усложнением технологических схем, предъявлением повышенных требований к получаемым продуктам. Особое значение придается вопросам автоматизации процессов химической технологии в связи со взврыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ, их агрессивностью и токсичностью, с необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду.
По степени взрывоопасной и пожарной опасности установка относится к категории "А".
Процесс каталитического риформинга является непрерывным. Он протекает при повышенной температуре и высоких давлениях, отклонения которых от заданных значений оказывают существенное влияние на ход процесса. Для этого необходимо проектирование системы управления которая позволит стабильно вести режимы управления процессом в соответствии с технологическими параметрами.
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Для безопасного и эффективного ведения технологического процесса на установке каталитического риформинга необходимо регулировать и контролировать следующие параметры: температура, давление, уровень в аппаратах, расход потоков и влажность ВСГ.
Оптимальные значения этих параметров определяют эффективность и нормальную работу процесса.
Процесс каталитического риформинга осуществляется при температурах 470-530 оС, давлениях 2,0-4,5 МПа, расходе сырья 60-125 м3/час и кратности циркуляции водородсодержащего газа 1200-1800 м3/м3. При соблюдении таких значений параметров достигается оптимальная степень превращения сырья.
Регулирование расхода сырья необходимо для поддержания заданной
производительности установки. При этом осуществляется равномерная нагрузка оборудования установки. Изменение расхода сырья может вызвать аварию.
Регулирование расхода ВСГ необходимо для поддержания определенного соотношения между количеством сырья и ВСГ, которое влияет на качество продуктов. Уменьшение подачи ВСГ приводит к закоксовыванию катализатора, к перегреву и прогару змеевиков.
Основными блоками установки каталитического риформинга являются реакционный и блок стабилизации.
Реакторный блок представляет собой каскад из трех реакторов с промежуточным подогревом сырья в печи. Регулируемым параметром является температура на входе в реактора. Увеличение температуры выше оптимальной влечёт за собой закоксованность катализатора, рост реакций гидрокрекинга, уменьшение выхода целевой продукции. Снижение температуры приводит к уменьшению скорости и полноты протекания целевых реакций что приводит к ухудшению качества целевых продуктов. Также в реакторах необходимо контролировать давление, его нужно поддерживать в диапазоне 2,0-4,5 МПа. Не соблюдение интервала по давлению также отрицательно сказывается на качестве целевых продуктов.
ВСГ из сепаратора С-1 направляется на осушку от влаги в адсорберы. После адсорберов необходимо контролировать влажность ВСГ, так как наличие влаги в ВСГ приведет к «сбросу» компрессора.
Основным аппаратом блока стабилизации является стабилизационная колонна, предназначенная для удаления из катализата нестабильных низкокипящих углеводородов. В стабилизационной колонне необходимо регулирование температуры верха колонны которая не должна превышать 97 оС. Регулирование температуры можно обеспечить изменением количества подаваемого острого орошения и стабилизацией подвода тепла в низ колонны за счет циркуляции и подогрева части стабильного катализата в подогревателе. Также предусматривается контроль давления для полного и четкого отделения газов от риформата.
На установке осуществляется контроль за расходом потоков, так как он является важным и технологическим, и коммерческим параметром.
3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СРЕДСТВ РЕГУЛИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ
На данной проектируемой установке каталитического риформинга необходимо контролировать и регулировать такие параметры как температура, давление, расход, уровень. Оптимальные значения этих параметров определяют эффективность и нормальную работу процесса.
В данном курсовом проекте автоматизированы печной, реакторный и сепарационный блоки.
Температура
Одним из основных факторов, влияющих на качество получаемых продуктов, является температура. Температура на входе в реакторы риформинга регулируется в начале реакционного цикла на уровне, обеспечивающим заданное качество риформата - октановое число или концентрацию ароматических углеводородов. На данной проектируемой установке начальная температура составляет 480 °С. Увеличение или уменьшение температуры выше оптимальной влечет за собой дезактивацию катализатора, рост реакций гидрокрекинга, уменьшение выхода и снижение качества целевых продуктов.
Индикация значений температуры предусмотрена в теплонагруженных участках установки (реактора, печи, сепаратора).
Давление
Основной, наряду с температурой, регулируемый параметр, оказывающий существенное влияние на выход и качество продуктов риформинга. Промышленные процессы риформинга осуществляют при повышенных давлениях с целью подавления реакций коксообразования или с непрерывной регенерацией катализатора при пониженных давлениях. В реакторах осуществляется контроль перепада давления. Регулирование давления в сепараторе определяет состав жидкой и газообразной фазы и обеспечивает достаточную концентрацию водорода в ВСГ. Отображение давления (или перепада давлений) предусмотрено на реакторном блоке установки, а также в сепараторе. Величина давления позволяет не только регулировать оперативные параметры с целью поддержания качества конечных продуктов на должном уровне, но и дает возможность судить о работоспособности некоторых узлов, аппаратов или, например, о закоксованности катализатора.
Расход
Регулирование расхода топливного газа в печь необходимо для поддержания заданной температуры нагрева газо-сырьевой смеси. Изменение расхода топливного газа в печь может вызвать аварию.
Уровень
Контроль уровня в сепараторе необходим для поддержания в них заданного уровня жидкости. При понижении уровня может произойти попадание газа в линию всаса насоса, что приведет к его кавитации. При повышении уровня может произойти попадание жидкости на всас компрессора, что приведет к его остановке.
При выборе средств контроля, регулирования и сигнализации руководствуются следующими положениями:
1) системы автоматизации технологических процессов должны строиться, как правило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники;
2) при выборе технических средств автоматизации необходимо учитывать вид и характер технологического процесса, его пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность, а также параметры и физико-химические свойства контролируемых и регулируемых сред, расстояние от местных приборов (первичных преобразователей, исполнительных устройств, до пунктов управления и контроля, требуемую точность и быстродействие контролирующей аппаратуры;
3) выбор рода используемой энергии (электрической, пневматической, гидравлической) для средств автоматизации определяется пожаро- и взрывоопасностью технологического процесса, агрессивностью, влажностью и пыльностью сред, требуемыми точностью, быстродействием, надежностью технических средств и дальностью передачи информации;
4) необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации, обеспечивающих простоту сочетания, взаимозаменяемость, удобство компоновки на щитах управления, простоту обслуживания;
5) класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;
6) диапазон измерения измерительных приборов должен быть выбран так, чтобы номинальное значение измеряемого параметра составляло 50...70% от верхнего предела измерения;
7) при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать более дешёвым и доступным средствам автоматизации.
Для осуществления контроля, регулирования и сигнализации параметров предлагается применение следующих приборов:
Датчики температуры
Температура на входе в реактора Р-1, Р-2, Р-3 Т=480 0С, рабочее давление Р = 3,0 МПа.
Максимальное значение по шкале:
Тmax = 480*1,5 = 720 °С.
Для измерения температуры применяют термопреобразователи Метран-271-05-Ex с диапазоном измерения 0 – 800 °С и применяется в нейтральных, а также в агрессивных средах. Температура окружающей среды от -40 до 70 °С. Состоит из первичного преобразователя температуры и измерительного преобразователя. Чувствительный элемент изготовлен из термопарного кабеля КТМС(ХА), термоэлектроды которого сварены лазерной сваркой. Выходной сигнал - аналоговый 4-20 мА. Классом точности 0,5
Датчики уровня
Уровень нестабильного катализата в сепараторе С-1 L=2,25 м, рабочее давление Р = 2,9 МПа.
Максимальное значение по шкале:
м
В качестве датчиков уровня используются буйковый уровнемеры фирмы Emerson Process Management, Fisher 549B, диапазон измерения которых до 12 м. Они хорошо работают в различных жидкостях при широком диапозоне температур и давления. Диапазон рабочего давления до 42 МПа и температура рабочей среды от -29 до 593 оС. Температура окружающей среды от – 40 до 80 оС. Выходной сигнал 4-20 мА. Класс точности 0,25.
Датчики давления
Давление на входе в реактор Р-1 Р = 3 МПа, рабочая температура Т = 470-530 оС.
Максимальное значение по шкале:
МПа
В качестве датчиков давления используются емкостные измерительные преобразователи «Метран-100-ДИ-1162» с унифицированным токовым выходным сигналом. Предел измерения до 10 МПа. Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Давление подается в камеру сенсорного модуля, преобразуется в деформацию измерительной мембраны, что приводит к разности емкостей между мембраной и пластинами конденсатора. Разность емкостей измеряется и преобразуется электронным преобразователем в выходной сигнал. Выходной сигнал 4-20 мА. Класс точности 0,25. Температура окружающей среды от – 40 до 70 оС.
Приведенный датчик давления «Метран-100-ДИ-1162» можно использовать также в печном и сепараторном блоке.
Датчики расхода
Расход топливного газа к горелкам печи П-1 F.= 65 м3/ч, рабочие температура Т = 45 оС, давление Р = 5,9 МПа.
Максимальное значение по шкале:
м3/ч.
Для измерения расхода применяются камерные диафрагмы типа ДКС. Класс точности 0,25. Стандартная диафрагма представляет собой сужающее устройство, выполненное в виде диска с отверстием для истечения жидкости. Расход, как функция перепада давления, измеряется дифманометрами:
Для контроля расхода сырья выбираем расходомер Метран- 350-М-Ех диапазоном измерений 0,08 - 49137,0 м3/ч с унифицированным выходным сигналом 4 – 20 мА, максимальное избыточное давление в трубопроводе
10 МПа взрывозащищенное с искробезопасными выходами, 
=1,0 %. Принцип действия расходомера основан на измерении расхода среды методом переменного перепада давления.
Расход стабильного гидрогенизата (сырья) F.= 165 м3/ч, рабочие температура Т = 45 оС, давление Р = МПа.
Максимальное значение по шкале:
м3/ч.
Для измерения расхода применяются камерные диафрагмы типа ДКС. Класс точности 0,25. Стандартная диафрагма представляет собой сужающее устройство, выполненное в виде диска с отверстием для истечения жидкости. Расход, как функция перепада давления, измеряется дифманометрами:
Для контроля расхода сырья выбираем расходомер Метран- 350-М-Ех диапазоном измерений 0,08 - 49137,0 м3/ч с унифицированным выходным сигналом 4 – 20 мА, максимальное избыточное давление в трубопроводе
10 МПа взрывозащищенное с искробезопасными выходами, =1,0 %. Принцип действия расходомера основан на измерении расхода среды методом переменного перепада давления.