книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

ca Д^= ±1 град; уровень нафталиновой фракции в ванне кристаллизатора ДЯ = +0,05 м; уровень смеси в мешалке пресса — максимальный; температура воды, обогреваю­ щей фильтры пресса, должна быть на 6—10 град больше

ных продуктов и готовой продукции: содержание нафта­ лина в прессуемой массе 80—85%; содержание нафтали­ на в прессовых оттеках — не более 55%; допустимое со­ держание нафталина в отфугованном масле — не более 40%; температура кристаллизации прессованного наф­ талина — Д^кр+0,05 град.

Специальные требования

При конструктивном оформлении использовать типо­ вые решения автоматизации как наиболее экономичные и рациональные; применять взаимосвязанные системы автоматического регулирования, обеспечивающие луч­ шую стабилизацию регулируемых параметров; применять стандартные средства автоматики, блочное построение на бесконтактных элементах. Для надежности работы при­ менять в системах регулирования специальные средства автоматизации, предназначенные для работы на кристал­ лизующихся продуктах, в агрессивной и загазованной атмосфере; применять схемы блокировки и сигнализа­ ции, а также резервировать средства автоматики для обеспечения бесперебойной работы систем автоматиче­ ского регулирования.

Глава АВТОМАТИЗАЦИЯ СКЛАДА СМОЛЫ I I 1. АНАЛИЗ СКЛАДА СМОЛЫ

КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ.

Исследование объектов, характеризующихся периодич­ ностью процессов и применением ручного управления, сводится к изучению повторяемости отдельных операций

41

или циклов, закономерностей этих повторений, изменения основных параметров, статических и динамических свя­ зей и выявлению возможностей и целесообразности усо­ вершенствования технологии производства при помощи циклической или рефлекторной автоматики.

Как показал классификационный анализ, узкими ме­ стами в автоматизации процесса подготовки смолы иа складе являются: прием, обезвоживание и усреднение смолы, т. е. основные операции, обеспечивающие посто­ янство ее состава.

Прием привозн ой см олы от пост авщиков

На склад прибывают цистерны разных типов, отличающиеся по емкости, конструкции запорного приспособления верхнего люка и сливных устройств. Число цистерн, разгружаемых в смену, колеб­ лется от двух до семи, в зависимости от поступления смолы.

сти повторяемых операций п определяются в основном наличием сырья и состоянием технологических аппаратов па смежных уча­ стках.

по трубопроводу. Смолу перекачивают периодически, причем смолу различных циклов предварительно не смешивают, а передают на склад смолоперерабатывающего цеха раздельно с разрывом по вре­ мени до 8 ч.

О безвож и ван и е смолы

Смолу обезвоживают отстаиванием в обогреваемых хранили­ щах и последующим сливом отстоявшейся надсмольной воды. На­ грев смолы в хранилищах недостаточен для обеспечения удовлетво­ рительного отстаивания воды, большое ее количество в хранилищах свидетельствует о нерегулярном сливе воды, что обусловлено огра­ ниченным приемом ее аммиачно-обесфенолпвающмм отделением.

Усредн ен ие смолы

В качестве показателей однородности смолы приняты содержа­ ние в ней нафталина, плотность и влажность. Основным показате­ лем однородности смолы можно считать содержание нафталина в пей, так как оно наиболее полно отражает качественный состав смолы. Из практики работы смолоперерабатывающих цехов извест­

42

всодержании нафталина превышают максимально допустимые.

Поэтому, чтобы получить однородное по составу сырье, необходи­ мо привозную смолу и смолу из цеха улавливания принимать одно­ временно в одно хранилище.

2. ПАРАМЕТРЫ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

На основании классификационного анализа и изуче­ ния технологических основ подготовки смолы на складе, исследований аппаратурной схемы, условий работы обо­ рудования, требований, предъявляемых к качеству про­ дукции, и специальных требований к средствам и реше­ ниям автоматизации выбраны параметры контроля и регулирования основных процессов: приема, обезвожива­ ния, усреднения и выдачи смолы в производство.

Участок I

Для обеспечения безаварийной работы и облегчения

в подземных хранилищах с местным и централизованным отсчетом показаний;

б) звуковая и световая сигнализация превышения максимально допустимого уровня.

Участок II

Для улучшения процессов обезвоживания и усредне­ ния смолы, а также облегчения условий труда по обслу­ живанию наземных хранилищ необходимы:

а) автоматический контроль общего уровня жидкой массы в наземных хранилищах с централизованным от­ счетом показаний;

б) автоматический контроль и регистрация уровня надсмольной воды в хранилищах (границы раздела фаз смола — надсмольная вода);

в) , автоматический контроль и регистрация темпера­ туры смолы в наземных хранилищах;

г) сигнализация (световая) превышения максималь­ но допустимого уровня надсмольной воды' в хранилищах.

43

Участок III

Как показали исследования, в последнем по ходу хра­ нилище можно осуществить непрерывный слив падсмольной воды, что даст возможность исключить ее попадание на всас насоса, качающего смолу в отделение дистилля­ ции. Таким образом, на участке III для обеспечения по­ стоянства качества смолы предусматривается:

а) автоматическое регулирование границы раздела фаз смола — падсмольная вода непрерывным выводом последней из хранилища;

б) автоматический контроль и регистрация темпера­ туры смолы в наземных хранилищах;

в) автоматический контроль и регистрация влажно­ сти смолы, выдаваемой в производство;

г) сигнализация (световая и звуковая) превышения максимально допустимого предела по влажности смолы, поступающей из цеха улавливания и передаваемой со склада в отделение дистилляции;

д) автоматический учет общего количества пара, рас­ ходуемого на складе смолы;

е) автоматический учет количества смолы, передава­ емой на переработку в отделение дистилляции.

3. ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

Физико-химические свойства каменноугольной смолы предъявляют специфические требования к средствам автоматизации: устойчивость к агрессивным, вязким и загрязненным средам, к высоким температурам, надеж­ ность при работе в загазованной и запыленной атмосфе­ ре и пожаробезопасность.

Отечественная промышленность не выпускает специ­ ализированных контрольно-измерительных приборов и запорно-регулирующей арматуры для коксохимических заводов. Средства автоматизации, выпускаемые серийно для нефтяной и химической промышленности, требуют перетарировки, а иногда и конструктивной доработки при использовании их для автоматизации производственных процессов коксохимических заводов.

Как показала практика работы, в химических цехах коксохимического производства, где к управляющей и исполнительной аппаратуре не предъявляют требования в отношении большого быстродействия, хорошо зареко­

44

мендовали себя средства пневмоавтоматики, характери­ зующиеся достаточной надежностью, простотой обслужи­ вания и малой стоимостью.

Стандартные средства автоматизации

Для замера и регистрации температуры смолы в хра­ нилищах применяют обычные термопары в защитной ар­ матуре из нержавеющей стали, подключенные на вход многоточечного потенциометра, контроль общего уровня жидкой массы в подземных хранилищах осуществляется пьезометрическими измерителями, включающими конт­ рольный стаканчик, местный показывающий манометр с пневмовыходом и вторичный прибор системы «Старт». Расход общего количества пара и передаваемой в про­ изводство смолы замеряют поплавковыми дифманомет­ рами с писвмовыходом и регистрируют вторичными приборами системы «Старт».

Для предотвращения агрессивного действия сред и повышенных температур дифманометры соединены с диа­ фрагмами через мембранные разделители. Для сигнали­ зации отклонения параметров от нормы служат реле дав­ ления и мембранный сигнализатор.

Новые средства автоматизации

Границы раздела фаз смола — надсмольная вода из­ меряются межфазовым следящим уровнемером, разра­ ботанным НИИАчерметом. Разработка нестандартного уровнемера границы раздела фаз смола — вода вызвана тем, что широко известные пьезометрические измерители и межфазовые регуляторы уровня с неподвижной пьезо­ метрической трубкой могут измерять границу раздела фаз двух жидкостей только при постоянном общем уров­ не жидкой массы в емкости, который является как бы началом отсчета измерительной системы. То же самое можно сказать относительно буйковых измерителей и ре-, гуляторов границы раздела фаз.

Другим известным устройством, предназначенным для этих целей, служит уровнемер раздела двух жидких фаз ', основанный на гидростатическом принципе измере­ ния (рис. 12). Недостаток этого уровнемера заключается в том, что поплавок должен находиться в плавающем по-

45

ложении на границе раздела легкой и тяжелой фаз, в ре­ зультате чего его состояние будет крайне неустойчивым, близким к невесомости, особенно когда удельные веса разделяемых жидкостей мало отличаются друг от друга.

Например, при определении границы раздела фаз смола — надсмольиая вода имеется три слоя:

А — надсмольная вода, Б — смола, В — промежуточ­ ный слой.

Удельные веса смолы и надсмолы-юй воды соответст­ венно равны 1140—1160 кгс/м3 и 1020—1050 кгс/м3. Сле­ довательно, промежуточный слой будет иметь удельный вес какой-то средний 1080—1100 кгс/м3.

Таким образом, удельный вес поплавка должен быть больше удельного веса промежуточного слоя и меньше удельного веса смолы. Но поскольку завод перерабаты­ вает смолу от разных поставщиков, практически невоз­ можно подобрать удельный вес поплавка так, чтобы он находился в устойчивом положении на смоле. К этому следует добавить, что вес поплавка в процессе работы будет изменяться, так как смола обладает обволакиваю-

46

щи-м свойством; кроме того, в хранилище существуют течения, обусловленные режимом работы. В верхнюю часть хранилища непрерывно подается сырая смола (15—20 т/ч), а из нижней части откачивается обезвожен­

уровнемером невозможно.

Межфазовый уровнемер разработки НИИАчермет1 лишен этих недостатков, так как поплавок находится

Рис. 14. Схема монтажа межфазового уровнемера и измерения гра­ ницы раздела сред смола — надсмольная вода:

/ — смола на всас насоса I ступени; // — надсмольная вида

в плавающем положении на легкой жидкости в очень устойчивом состоянии. Пьезометрическая трубка, укреп­ ленная на поплавке, перемещается вместе с ним, сохра­ няя начало отсчета относительно общего уровня, что поз­ воляет замерять границы раздела фаз независимо от пе­ ремещения уровня общей массы в емкости. Конструкция датчика межфазового уровнемера дана на рис. 13, а из­ мерительная схема — на рис. 14.

Основными элементами датчика (рис. 13) являются пьезометрическая трубка 1 со штуцером 4 и поплавок 2, изготовленный из листовой нержавеющей стали в виде

1 А л е к с е е в А. К. и др. Уровнемер раздела двух жидких фаз. Авт. свид. № 320723. «Открытия, изобретения, промышленные об­ разцы, товарные знаки», 1971, № 34, с. 127.

47

цилиндра с осевым отверстием. По центру крышки по­ плавка сооспо с отверстием приварена специальная гай­ ка 9, служащая для крепления пьезометрической трубки. На диаметрально противоположных сторонах крышки укреплены проушины 3, позволяющие поплавку свободно скользить по вертикальным направляющим 7, ограничи­ вающим его перемещения в горизонтальной плоскости.

Направляющие представляют собой металлические стержни диаметром 5—6 мм или трубки из нержавеющей стали, заканчивающиеся болтами 8, которыми они сое­ динены с верхними 10 и нижними 12 фланцами. Нижний фланец утяжелен и, предназначен для растяжки направ­ ляющих. Используя верхний фланец, датчик крепят клю­ ку хранилища.

Сжатый воздух в пьезометрическую трубку поступает через штуцер 6, укрепленный на смотровой крышке 11 верхнего фланца, компенсатор вертикальных перемеще­ ний поплавка 5 и штуцер 4. Компенсатор перемещений выполнен из армированной стальной проволоки фторо­ пластовой трубки, навитой в пружину большого диамет­ ра, обеспечивающую перемещение поплавка на 2—2,5 м.

Датчик межфазового уровнемера 2 (рис. 14) монти­ руется на люке, расположенном на той стороне хранили­ ща, откуда смола забирается на I ступень трубчатой пе­ чи. Такое расположение датчика дает возможность при снижении общего уровня в хранилище избежать забива­ ния пьезометрической трубки фусами, так как около за­ борного штуцера их уровень минимальный.

Уровень падсмолыюй воды измеряется следующим образом: через блок питания 1, в частном случае исполь­ зован прибор БПВЩ-2, выпускаемый Харьковским фи­ лиалом ОКБА, подается сжатый воздух в рабочую пьезо­ метрическую трубку датчика 2 и в сравнительную пьезо­ метрическую трубку 3.

Давления сжатого воздуха, соответствующие гидро­ статическим напорам столбов жидкостей в сравнитель­ ной и рабочей трубках, передаются соответственно в ми­ нусовую и плюсовую камеры дифманометра 4^ выходной сигнал из которого регистрируется прибором 5. Так как и сравнительная, и рабочая трубки делаются одинаковой длины, то разность гидростатических напоров будет соот­ ветствовать разности весов этих столбов жидкостей.

48

шлангом 2 (фторопластовой трубкой) со сливной ли­ нией 3, па которой установлен регулирующий или запор­ ный клапан 4, управляемый аппаратчиком дистанционно при помощи ручного задатчика вторичного прибора 5 или вручную.

Уровнемер для вязках сред

Уровнемер предназначен для непрерывного контроля уровня вязких, полимеризующихся, агрессивных и за­ грязненных твердыми включениями жидких сред. Дейст­ вие прибора основано на принципе измерения давления столба жидкости гидростатическим методом. В комплект уровнемера входят датчик и вторичный прибор. В качес­ тве вторичных приборов используются манометры.

Если показания уровнемера требуется передать на пневматический прибор системы «Старт», то необходимо выход датчика преобразовать в унифицированный пнев­ матический сигнал, соответствующий 0,2—1 кгс/см2. В качестве преобразователей можно использовать дат­ чики давления системы ГСП, имеющие пневмовыход.

Датчик (рис. 16) состоит из корпуса 1, в котором за­ креплено сопло 2, соединенное через штуцер 12 с атмо­ сферой. Основным элементом датчика является мембра­ на 4, в центре которой при помощи уплотнительных про­ кладок 5, шайбы 6 и гайки 7 укреплена заслонка 3.

Мембрану изготавливают из листового фторопласта или специальной стали.. Мембрана через прокладки 10 герметически поджимается к корпусу при помощи коль­ ца 8 и винтов 9. Штуцер 11 служит для подвода питаю­ щего воздуха в подмембра иную камеру.

Принцип действия датчика заключается в следую­ щем: чувствительный элемент — открытая мембрана 4, воспринимая давление измеряемой среды, перемещается вместе с заслонкой 3, закрывая сопло 2, соединенное с ат­ мосферой. В этом случае давление в подмембранной ка­ мере увеличивается, что вызывает обратное перемеще­ ние мембраны вместе с заслонкой, которое будет проис­ ходить до тех пор, пока давление в подмембранной камере не сравняется с давлением наружной среды.

Схема измерения уровня в емкости дана на рис. 17. Сжатый воздух давлением 1,4+0,1 кгс/см2 поступает че­ рез постоянный дроссель 3 в трубку 2, соединенную с под­ мембранной камерой датчика 1 и вторичным прибором 4. Через трубку 5 избыточное давление из подмембранной

50