книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

но применением в самых разнообразных производственных процес­ сах совершенно идентичных, обладающих общностью динамических II конструктивных признаков установок и аппаратов, выполняющих одни и те же пли сходные технологические функции и перерабаты­ вающих подобные или одинаковые вещества.

Для разработки типовых решений необходимо выявлять одно­ типные объекты автоматизации, широко распространенные и повто­ ряющиеся в самых различных областях промышленности. Поэтому успешному решению такой задачи в большой мере может помочь классификационный анализ автоматизируемых объектов.

Вопросы классификации производственных процессов с точки зрения автоматизации рассматриваются в работах [5, 6] примени­ тельно к химическим производствам. Общей же классификации про­ изводственных процессов основных отраслей промышленности (ме­ таллургической, нефтеперерабатывающей, химической и др.) пока еще не имеется. В рассматриваемом разделе книги приводится кон­ кретный пример классификационного анализа процесса переработ­ ки каменноугольной смолы.

После детального изучения технологического процесса, его фи­ зико-химических основ, состава и свойств сырья, качества проме­ жуточных и конечных продуктов, а также аппаратурного оформле­ ния и конструктивных решений по расположению основного п вспо­ могательного оборудования, технологических потоков, связи между ними и средств транспортировки приступают к классификационно­ му анализу объекта автоматизации.

Классификационный анализ производственного процесса ставит своей целью выявить типовые участки, возможности и характер автоматизации рассматриваемого объекта. Анализ физико-химиче­ ских основ технологического процесса, состава и свойств сырья, а также качества получаемых продуктов позволяет решить задачу классификации объекта по типу происходящих в нем процессов и агрегатному состоянию участвующих в этих процессах веществ. Анализ аппаратурного оформления технологической схемы от при­ ема сырья до выхода готовой продукции со всеми промежуточными переделами выполняется с целью выделения типовых участков, еди­ ничных II комплексных объектов автоматизации.

Комплексные объекты представляют собой группу единичных объектов, обобщенных между собой технологическими связями и конструктивным оформлением. Эти объекты — сложные, предпола­ гающие в своем составе наличие типового вспомогательного обору­ дования (насосов, конвейеров и др.), связанного с основным объ­ ектом общностью технологического процесса. Подобный объект мож­ но рассматривать как типовой участок автоматизации.

Таким образом, любой производственный процесс можно пред­ ставить схематически в виде цепочки технологических аппаратов, расположенных по ходу потока, соединенных линией движения ос­ новного материала, начиная от приема сырья и кончая выдачей го­ товой продукции, с указанием мест ввода дополнительных компо­ нентов и мест вывода отходов или промежуточных продуктов.

Изображенный схематически в виде цепочки аппаратов произ­ водственный процесс разбивают на участки автоматизации, учиты­ вая их технологическое назначение, расположение основного и вспо­

30

матизации и, исходя из технологических требованіи"!, намечают точ­ ки контроля, сигнализации, автоматического регулирования и ди­ станционного управления.

Для классификационного обозначения объекта автоматизации пользуются символами, характеризующими агрегатное состояние пе­ рерабатываемого вещества, тип процесса, номер аппарата по схеме, а также периодичность или непрерывность технологической опера­ ции. По данным В. Л . Лоссневского [5], для записи агрегатного состояния вещества и типа процесса пользуются следующими обо­

материалов— Гпм, разделение материалов—Трм; тепловые (класс Т) — нагревание— Ти, охлаждение — То, выпаривание — Тв, кристаллиза­

(ректификация) — Дп.

Классификационное обозначение объекта (процесса) состоит из двух частей, разделенных черточкой. В левой части ставят симво­ лы, указывающие агрегатные состояния перерабатываемых веществ пли вещества, в правой — тип процесса. Если агрегатное состояние вещества указано на входе в объект, над обозначением сверху ста­ вят черту, если на выходе из объекта — черту ставят снизу, под обозначением. Если после выхода из объекта агрегатное состояние вещества не меняется, то черту ставят снизу и сверху обозначения. После обозначения типа процесса ставят номер, соответствующий определенной конструкции аппарата, которым он обозначен на схе­ ме. Наконец, после номера, обозначающего конструкцию аппарата согласно схеме, в скобках ставят букву (Н) — если процесс непре­ рывный и букву (П) — если процесс периодический. Это обозначение вводят для оценки степени подготовленности объекта к автомати­ зации.

Классификационный анализ объекта заканчивается разработ­ кой предварительной скелетной схемы автоматизации с выделением

лом с точки зрения регулирования их по качественному признаку без строгого обозначения мест установок датчиков, вторичных при­ боров, их типов и принципа построения схем автоматизации. Глав­ ная цель составления скелетной схемы заключается в создании основы для разработки принципиальной схемы автоматизации с при­ менением типовых решений и рациональных систем регулирования.

С клад смолы

Склад смолы и промежуточные хранилища отделения дистилля­ ции по технологическому процессу однотипны, но, учитывая их тер­ риториальное расположение, отдельное обслуживание, а также не­ которое различие в конструкции основного и вспомогательного обо-

31

рудовашія, склад смолы следует рассматривать отдельно как самостоятельный объект автоматизации.

Согласно технологической схеме склада смолы (см. рис. 1), приемный резервуар I, в который сливается смола из железнодо­ рожных цистерн, соединенный с подземными хранилищами 2 слив­ ными каналами, можно представить в виде единичного объекта, так как резервуар 1 и хранилища 2 являются промежуточной емкостью для одного и того же процесса — приема привозной смолы.

Выделенный единичный объект обозначаем I, тип процесса (пе­ ремещение жидкостей) согласно классификации выразится симво­ лами Гпж, агрегатное состояние вещества (см олы )— Ж Ж , так как сырая смола в своем составе содержит небольшое количество воды. Тогда классификационное обозначение единичного объекта автома­

Следующую группу оборудования: паровые насосы 3 и назем­ ные хранилища 4, 5 и 6, выполняющие одни и те же технологиче­ ские функции — прием смолы из цеха улавливания своего завода и привозной смолы из подземных хранилищ, перемешивание после­ довательными перетоками, подогрев глухим паром и отделение от­ стоявшейся части надсмольной воды, — объединяем в комплексный объект н выделяем типовой участок автоматизации II со следую­

из него.

Хранилища 7, 8 и паровые насосы 9, предназначенные для пе­ редачи усредненной и частично обезвоженной смолы в промежу­ точные хранилища отделения дистилляции, объединяем соответст­ венно в комплексный объект с выделением типового участка авто­ матизации III. Так как и в этих хранилищах может происходить одновременно несколько операций (нагрев, отделение отстоявшейся воды и выдача смолы на дальнейшую переработку), классификаци­

ционный анализ технологической схемы склада смолы дает возмож­ ность сделать следующие выводы.

1.Совокупность периодичности процессов и конструктивного выполнения основного и вспомогательного оборудования (паровые насосы устаревшей конструкции, разгрузка цистерн на сливном ре­ зервуаре, неэффективность подогревателей и т. д.) не позволяют осуществить комплексную автоматизацию процесса подготовки смо­ лы на складе.

2.Всю технологическую цепочку можно разбить на три участка автоматизации: один — единичный и два — комплексных.

в подземные хранилища, перекачка в наземные хранилища, удале­ ние надсмольной воды, выдача смолы в производство.

4. Нагревание смолы происходит в двух комплексных объек­ тах непрерывно (наземные хранилища).

32

8)конденсация м охлаждение жидкостей происходят н соответ­ ствующей аппаратуре, представляющей собой единичные объекты автоматизации (конденсаторы н холодильники фракций);

9)основными параметрами, определяющими ход всего техноло­ гического процесса переработки смолы, являются показатели каче­ ства получаемых продуктов и коэффициент извлечения нафталина.

Основные нз них — температура размягчения пека, содержание наф­ талина в I и II антраценовых, поглотительной и фенольной фрак­ циях и содержание нафталина в нафталиновой фракции.

Скелетная схема автоматизации одно- и двухколонных трубча­ тых агрегатов (отделения дистилляции), приведенная на рис. 10, предусматривает пять участков:

участок I — автоматический контроль общего уровня в проме­ жуточных хранилищах, границы раздела фаз смола — надсмольная вода; сигнализация превышения максимально возможного общего уровня; автоматическое регулирование температуры смолы в проме­ жуточных хранилищах;

участок II — стабилизация входных параметров (давления кок­ сового газа, расхода смолы на II ступень); автоматическое регули­ рование выходных параметров (температуры смолы после I и II ступени, расхода смолы на I ступень в зависимости от уровня в сборнике обезвоженной смолы); сигнализация превышения верх­ него предела нагрева смолы во II ступени трубчатой печи; автома­ тический контроль технологических параметров (давления смолы после насосов I и II ступени, влажности смолы после промежуточ­ ных хранилищ, температуры паров после испарителя I ступени, тя­ ги, температуры перегретого пара, расхода коксового га за );

участок III — автоматическое регулирование температуры I ан­ траценовой фракции II верха колонны, качества среднетемператур­ ного пека и уровня донного продукта (пека); сигнализация превы­ шения верхнего предела температуры паров на выходе из колонны;

нольной фракции и паров на выходе из колонны, качества нафта­ линовой и поглотительной фракций по содержанию в них нафтали­ на; сигнализация превышения верхнего предела температуры выхо­ дящих паров и давления в верхней части колонны; автоматический контроль технологических параметров (температуры отборов нафта­ линовой и поглотительной фракций, температуры перегретого водя­ ного пара, количества фенольной, нафталиновой, поглотительной фракций и перегретого пара, подаваемого в колонну); дистанцион­ ное управление расходом пара, количеством орошения и отборами фенольной и нафталиновой фракций;

участок V — автоматический контроль уровня в мерниках 22—28 (см. рис. 2), сигнализация превышения максимально допустимого уровня.

Единичные объекты автоматизации — автоматическое регулиро­ вание границы раздела фаз легкое масло — вода в сепараторах-кон­ денсаторах и температуры фракций в погружных холодильниках; сигнализация уменьшения температуры нафталиновой, I и II антра­ ценовых фракций после холодильников ниже допустимого предела.

Таким образом, при построении принципиальных схем автома­

36

тического регулиропамил процесса переработки смолы на одноко­ лонных и двухколонных агрегатах можно разработать типовые •ре­ шения автоматизации, применимые для большинства участков и еди­ ничных объектов. Исключение составляют основные ректификацион­ ные аппараты, для которых необходимо. разработать рациональные варианты типовых решений автоматизации.

За основу при построении схемных решений автоматического регулирования следует взять скелетную схему автоматизации двух­ колонных трубчатых агрегатов, разработанную с учетом технологиче­ ских связей по всей цепочке производственного процесса в целом. Окончательный вариант принципиальной схемы комплексной авто­ матизации процесса переработки каменноугольной смолы может быть выбран после исследования статических и динамических ха ­ рактеристик основных единичных объектов, анализа их динамиче­ ских связей, расчета регулирующих и функциональных блоков и выбора средств автоматизации.

Отделение кристаллизации нафталина

Отделение кристаллизации предназначено для получения прес­ сованного нафталина и представляет собой сложный объект полу­ непрерывного действия. Основное место в технологической схеме получения прессованного нафталина занимают процессы перемеще­ ния твердых, тестообразных и жидких веществ, их насчитывается

охлаждение, кристаллизация. Агрегатные состояния исходных и по­ лучаемых веществ — трех типов: жидкие, тестообразные и твердые. Наличие процессов и аппаратов периодического действия вызывает необходимость применения автоматического программного управле­ ния. В единичных объектах, где происходят процессы охлаждения и нагревания, можно применить типовые решения автоматизации. Скелетная схема автоматизации, приведенная на рис. 11, предусмат­ ривает три участка:

участок I — автоматическое регулирование уровня и температу­ ры нафталиновой фракции в ваннах барабанных кристаллизаторов, температуры воды, охлаждающей барабан; программное управление включением в работу барабанных кристаллизаторов (сигнализация включения); автоматический контроль уровня и температуры наф­ талиновой фракции в напорных баках и хранилищах;

участок II — автоматическое регулирование температуры шихты в мешалках, масла в картерах прессов, воды в бойлере; програм­ мное управление загрузкой соответствующих мешалок прессов; ав­ томатический контроль уровня в сборнике оттеков прессования, давления в цилиндрах прессов, температуры воды в бойлере и мас­

37

)

48

раметров: уровня оттеков и температуры в механических кристал­ лизаторах, уровня масла и смеси в мешалке центрифуг.

Для разработки окончательного варианта принципиальной схе­ мы автоматизации отделения кристаллизации нафталина необходи­ мо изучить динамические свойства основного обрудовапия, дать математическое описание его статических характеристик, выполнить расчет регуляторов, функциональных блоков и рационально выбрать средства автоматизации с оценкой их надежности при работе на кристаллизующихся продуктах.

6.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМАМ

АВТОМАТИЗАЦИИ

Превышение допустимых отклонений параметров от нормы, как правило, приводит к нарушению режимов ра­ боты аппаратов основного и промежуточного переделов, а следовательно, к ухудшению качества получаемых про­ дуктов, увеличению расходных коэффициентов и безвоз­ вратных потерь ценных химических продуктов. С учетом того, что основными задачами автоматизации являются повышение производительности труда, стабилизация ка­ чества получаемых продуктов и снижение производствен­ ных потерь, требования, предъявляемые к системам авто­ матического регулирования, охватывают весь технологи­ ческий режим, начиная от приема сырья и кончая выдачей готовой продукции.

Технологические требования можно разделить на об­ щие, характеризующие соответственно изменение пара­ метров в ходе технологического процесса, и специальные, определяющие конструктивные решения вопросов авто­ матизации с учетом надежности работы средств автома­ тического контроля и регулирования.

Общие требования

По складу смолы:

а) допустимые отклонения параметров технологиче­ ского режима от номинальных значений следующие: на­ грев смолы в хранилищах Д Г = ± 5 град, общий уровень жидкой массы в хранилищах АЯ = ± 0,3 м, уровень гра­

39

леиие дистилляции: содержание влаги A W = ±3% , содер­ жание нафталина ДС„ = ±1 %.

По отделению дистилляции:

а) допустимые отклонения параметров технологического режима от поминальных и заданных значений: давление коксового газа, подаваемого па обогрев трубчатых пе­ чей, Др = ±50 кгс/м2, давление смолы, подаваемой на I и II ступени трубчатой печи, Дці = ± 2 кгс/см2; Арц= = ±1 кгс/см2; расход смолы па I и II ступени трубчатой печи соответственно ±20%, ±10%; влажность смолы AW, подаваемой на I и II ступени трубчатой печи, равна соответственно ± 2 п ±0,1%; температура нагрева АТ смолы после I и II ступени ± 5 и ±2,5 град; температура паров, выходящих из пековой колонны Д^=±2,5 град; давление паров в нижней части пековой колонны Ар = = ±0,5 кгс/см2; температура I и II антраценовых фрак­ ций A fi=±3 град и А /ц= ± 5 град; температура паров, выходящих из фракционной (ректификационной) колон­ ны Аг1= ± 5 град; давление паров в верхней части колон­ ны Др= ±0,2 кгс/см2; температура фенольной, нафтали­ новой и поглотительной фракций At равна соответствен­ но ±2,5; ± 5 и ± 3 град; температура пара Д £=±5 град; температура фракций после погружных холодильников, °С: I и II антраценовых фракций 80° С < /< 9 0 ° С, погло­

продукции: температура размягчения среднетемператур­ ного пека Д і= ± 5 град; содержание нафталина и фено­ лов в фенольной фракции ДС„= ±3% , ДСф>30%; содер­ жание нафталина в нафталиновой фракции ДСИ= ± 3 % ;

фракции ДС,і<2%; отгон до 300° С, Аі = ± 5%; отгон до 360° С, Д2=±10% ; содержание нафталина во II антраце­ новой фракции АСН< 1% , отгон до 300°С, Ді = ±2% , от­

нафталиновой корки и горячей фракции в мешалке прес-

40