Захолаживание озонированных сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Кафедра информационных систем, электропривода и автоматики

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по системам управления химико-технологическими процессами

на тему: Автоматизация процесса захолаживания озонированных сточных вод

1. Описание технологического процесса

Захолаживание озонированных стоков.

Для охлаждения и осушки сжатого воздуха после компримирования используются озонированные сточные воды, забираемые из выходных коллекторов концентрационных камер насосом поз. 11 с последующим сбросом в канализацию. В технологической схеме заложена возможность использования озонированных стоков для охлаждения цилиндров компрессоров.

В теплый период года (апрель-октябрь), когда температура сточных вод возрастает до 28 градусов Цельсия и не соответствует требуемым параметрам, производится их частичное охлаждение путём испарения жидкого аммиака в узле захолаживания.

Озонированные сточные воды объемным расходом 20-60 м³ /часнасосом поз. 11 подаются в испаритель поз Е-1, где охлаждаются до 10-15 ^оC и подаются в теплообменники (поз. 3).

Жидкий аммиак поступает в узел захолаживания из заводской сети с давлением 1,4-1,6 мПа и температурой 30-40 ^oC, очищается от механических примесей в фильтрах поз. Ф-1, Ф-2 и поступает в испаритель поз. Т-1.

Газообразный аммиак, образующийся при испарении жидкого аммиака, поступает в отделитель жидкости поз. Е-1, где происходит сепарация газообразного аммиака от капель жидкого аммиака. Жидкий аммиак возвращается в испаритель, а газообразный поступает в общезаводскую сеть (линия № 15).

Температура испарения жидкого аммиака в поз. Т-1 обеспечивается поддерживанием равномерного давления в системе Т-1, Е-1. Давление корректируется по температуре захоложенных стоков на выходе из T-1.

Слив масла, содержащего аммиака, из испарителя поз. Т-1 и фильтров поз. Ф-1 и Ф-2 производится периодически в сборник поз. Е-2, где масло отпаривается от аммиака. В наружные змеевик сборника поз. Е-2, подаётся пар под давлением 0,6-1 мПа. Газообразный аммиак из сборника поз. Е-2 поступает в линию аммиака, выдаваемого в сеть предприятия. Масло после отпаривания сливается в тару. Для подключения «проскока аммиака из сборника поз. Е-2 при сливе масла происходит автоматическое закрывание клапана-отсекателя на линии слива масла при минимальном уровне в сборнике поз. Е2. Закрытие клапана сигнализируется.

Сброс давления и сдувки аммиака из аппаратов перед ремонтом и остановках направляются на установку улавливания аммиака в цехе № 2-а. Опорожнение испарителя поз. Т-1 от жидкого аммиака производится с отводом газообразного аммиака в сеть предприятия.

Паровой конденсат после конденсационных узлов смешивается с озонированными стоками для снижения температуры до 40 ^оС поступает в сборник поз. Е-3, а оттуда в коллектор промывной канализации.

2. Разработка схемы автоматизации

Озонированные сточные воды объемным расходом 20-60 м³/час насосом (поз.11) подаются в испаритель (поз.Т-1) , где охлаждаются до 10-15С^о и подаются в теплообменники. Уровень сточных вод в испарителе (поз.Т-1) контролируется, регулируется, регистрируется и сигнализируется комплектом средств автоматизации (поз.1), который включает в себя прибор для измерения уровня бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (поз. 1-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной сигнал электрический) (поз. 1-2); регулятор, входящий в состав МПК; преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной - пневматический) (поз. 1-3); регулирующий клапан (поз. 1-4). Контроль давления в испарителе (поз.Т-1) осуществляется с помощью прибора для измерения давления показывающего, установленного по месту (поз.11-1). Контроль температуры сточных вод на входе в испаритель осуществляется с помощью прибора для измерения температуры показывающего, установленного по месту (поз.10-1). Контроль температуры на линии выхода из испарителя осуществляется с помощью прибора для измерения температуры показывающего, установленного по месту (поз.7-1). Контроль давления на линии выхода из испарителя (поз.Т-1) осуществляется с помощью прибора для измерения давления показывающего, установленного по месту (поз.8-1). Качество смеси на линии выхода из испарителя (поз.Т-1) контролируется и сигнализируется комплектом средств автоматизации (поз.9), который включает в себя прибор для измерения качества продукта бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (поз.9-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной сигнал электрический) (поз.9-2).

Жидкий аммиак поступает в узел захолаживания из заводской сети с давлением 1,4-1,6 МПа и температурой 30-40 С^о , очищается от механических примесей в фильтрах (поз.1, 2). Контроль давления в трубопроводе осуществляется с помощью прибора для измерения давления показывающего, установленного по месту (поз.19-1). На трубопроводе установлен отсекатель, управляемый с помощью комплекта средств автоматизации (поз. 20), включающего в себя пусковую аппаратуру для управления электродвигателем отсекателя (поз. 20-1) и аппаратуру, предназначенную для ручного дистанционного управления, установленную на щите (поз. 20-2).

Очищенный от мех. примесей жидкий аммиак поступает из фильтров (поз.1, 2) в испаритель (поз.Т-1) . Контроль и регистрация расхода ЖА осуществляется комплектом средств автоматизации (поз.3), который включает в себя первичный измерительный преобразователь для измерения расхода, установленный по месту (поз. 3-1); прибор для измерения расхода бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (поз.3-2); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной - электрический) (поз.3-3). Контроль давления в трубопроводе осуществляется с помощью прибора для измерения давления показывающего, установленного по месту (поз.2-1). Контроль и регистрация температуры в трубопроводе осуществляется с помощью комплекта средств автоматизации (поз. 5), включающего в себя первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент), установленный по месту (поз. 5-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной - электрический) (поз. 5-2).

Газообразный аммиак, образующийся при испарении жидкого аммиака, поступает в отделитель жидкости (поз.Е-1), где происходит сепарация газообразного аммиака от капель жидкого аммиака. Уровень жидкого аммиака в отделителе (поз.1) контролируется и регистрируется комплектом средств автоматизации (поз.12), который включает в себя прибор для измерения уровня бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (поз.12-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной сигнал электрический) (поз.12-2).

Жидкий аммиак возвращается в испаритель, а газообразный поступает в общезаводскую сеть. Давление газообразного аммиака на линии выхода из отделителя (поз.Е-1) регистрируется и регулируется комплектом средств автоматизации (поз. 13), который включает в себя прибор для измерения давления бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (поз. 13-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал - электрический, выходной тоже электрический) (поз.13-2); регулятор, входящий в состав МПК; преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной - пневматический) (поз.13-3); регулирующий клапан (поз. 13-4). Температура захоложеных стоков на линии выхода из испарителя (поз.T-1) контролируется и регистрируется при помощи комплекта средств автоматизации (поз.14), включающего в себя первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту (поз. 14-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной - электрический) (поз. 14-2).

Слив масла, содержащего аммиак, из испарителя (поз.Т-1) и фильтров (поз.1, 2) производится периодически в сборник (поз.Е-2), где масло отпаривается от амиака. В наружный змеевик сборника (поз.Е-2) подается пар под давлением 0,6-1,0МПа. Уровень масла в емкости (поз.Е-2) контролируется, регулируется и сигнализируется комплектом средств автоматизации (поз.16), который включает в себя прибор для измерения уровня бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (поз. 16-1); преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной сигнал электрический) (поз. 16-2); регулятор, входящий в состав МПК; преобразователь сигнала, установленный на щите (входной сигнал электрический, выходной - пневматический) (поз. 16-3); регулирующий клапан (поз. 16-4). Контроль давления на линии наружного змеевика сборника (поз.Т-2) осуществляется с помощью прибора для измерения давления показывающего, установленного по месту (поз.15-1). Контроль температуры в сборнике (поз.E-3) осуществляется с помощью прибора для измерения температуры показывающего, установленного по месту (поз.17-1).

Паровой конденсат после конденсационных узлов смешивается с озонированными стоками для снижения температуры до 40С^о и поступает в сборник (поз.Е-3), а оттуда в коллектор промливневой канализации. Контроль температуры в сборнике (поз.Е-3) осуществляется с помощью прибора для измерения температуры показывающего, установленного по месту (поз.18-1).

3. Выбор и обоснование средств автоматизации

3.1 Выбор и обоснование средств измерения температуры

Для измерения температуры на линии входа ЖА в испаритель поз.Т-1 (50-80°С), на линии выхода ЖА из отделителя поз.Т-1 (90-150°С) используется преобразователь термоэлектрический МЕТРАН-51 ТХА ТУ-1150-514674.001-00 (поз.5-1, 14-1) с рабочим диапазоном измеряемых температур, °С - от - 40 до 900°С. Он предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, неразрушающих материал защитной арматуры во взрывоопасных зонах и помещениях, в которых может содержаться аммиак. Длина монтажной части, мм 60-2000. Материал защитной арматуры - сталь 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т. Класс точности - 2. Количество чувствительных элементов - 1 или 2. Условное давление, МПа - 1;16. Показатель тепловой инерции, с - 20,25. Аналог ТХА-1087(ЛЭ), ТХА-0595 [3].

Для преобразования сигнала от преобразователя термоэлектрического в унифицированный сигнал постоянного тока используется преобразователь измерительный Ш-705М1 ТУ25-7528.0007-88 42 2713 (поз.5-2, 14-2). Выходной сигнал постоянного тока, мА: 4-20. Диапазон измеряемых температур, °С от - 200 до 1800. Класс точности - 0,25 [4].

Для измерения температуры на линии входа сточных вод в испаритель поз.1 (0-80°С), на линии выхода сточных вод из испарителя поз.1 (0-80°С), в в сборнике поз.Е-2 (0-360С^о), в сборнике поз.Е-3 (0-360С^о) используется термометр стеклянный ТН-7 ГОСТ 400-80 (поз.7-1, 10-1, 17-1, 18-1) с рабочим диапазоном измеряемых температур, °С - от 0 до 360°С. Он предназначен для испытаний нефтепродуктов [3].

3.2 Выбор и обоснование средств измерения давления

Для измерения давления ЖА на линии выхода из отделителя поз.1 (не более 0,5 МПа) используется преобразователь измерительный избыточного давления САПФИР-22М-ДИ ТУ25-2472.0049-89 модель 2150 (поз.13-1) с верхним пределом измерения 0,6 МПа, что не более чем на 25% выше номинального значения измеряемого давления, равного 0,5 МПа (0,5·1,25=0,62 МПа) [6].

Для преобразования сигнала от преобразователя избыточного давления в унифицированный сигнал постоянного тока используется блок преобразования сигналов, искрозащиты и питания БПС-90П ТУ25-7439. 0016-90 (поз.13-2). БПС-90П обеспечивает получение линейной зависимости между формируемым выходным унифицированным токовым сигналом и измеряемым параметром. Выходной сигнал, мА - 4-20. Напряжение питания, В - 220 или 240 [6].

Унифицированный токовый выходной сигнал поступает на вход модульной платы АЦП, где преобразуется в цифровой сигнал, поступающий по шине к процессорной плате. Алгоритм управления предусматривает регистрацию и регулирование давления на линии выхода из отделителя поз.1. Управляющий сигнал с процессорной платы поступает на вход модульной платы ЦАП, где преобразуется в аналоговый сигнал, который далее идет на вход преобразователя электропневматического типа ЭПП-2 (поз.13-3). ЭПП-2 предназначен для аналогового преобразования входного электрического сигнала постоянного тока 4-20 мА в аналоговый пневматический сигнал. Входной сигнал, мА - 4-20. Выходной сигнал, кгс/см² - 0,2-1. Основная погрешность составляет 1% [4].

Далее унифицированный пневматический сигнал поступает на регулирующий клапан 774-39-00Б (поз. 13-4). Условное давление, кгс/см² - 6. Предельная температура, ⁰С - 200. Изготовитель: завод «Димитровградхиммаш», Димитровград [5].

Для измерения давления на линии выхода сточных вод в испаритель поз.Т-1 (не более 0,5 МПа) , на линии входа ЖА в испаритель поз.Т-1 (не более 0,5 МПа), на линии входа ЖА в фильтры поз.1, 2 (не более 0,5 МПа), в испарителе поз.1(не более 0,5 МПа), в наружном змеевике на входе в сборник поз.Е-2 используется манометр показывающий М-1/4 (поз. 2-1, 8-1, 11-1, 15-1, 19-1) с верхним пределом измерения (не более 0,5МПа). Предназначен для измерения избыточногодавления жидких и газообразных неагрессивных сред [6].

3.3 Выбор и обоснование средств измерения уровня

Для измерения уровня в испарителе поз.Т-1 (0-100%), в отделителе поз.Е-1, в сборнике поз.Е-2 (25-80%) используется преобразователь измерительный гидростатического давления САПФИР-22ДГ ТУ25-02-720136-83 модель 2520 (поз.1-1, 12-1, 16-1) с верхним пределом измерения 0,1-2 МПа, что не более чем на 25% выше номинального значения давления в трубопроводе, равного 0,016 МПа (Р=0,016·1,25=0,06 кПа). Он предназначен для работы в системах контроля и регулирования уровня высоковязких сред, находящихся под атмосферным, избыточным давлением или вакуумом. Предельное значение выходного сигнала 4-20 мА постоянного тока. Материал мембраны - 36НХТЮ. Материал фланцев, пробок, ниппеля, монтажного фланца - углеродистая сталь с кадмиевым покрытием. Материал уплотнительных колец - резина, фторопласт [7].

Для преобразования сигнала от преобразователя гидростатического давления в унифицированный сигнал постоянного тока используется блок преобразования сигналов, искрозащиты и питания БПС-90П ТУ25-7439. 0016-90 (поз. 1-2, 12-2, 16-2). БПС-90П обеспечивает получение линейной зависимости между формируемым выходным унифицированным токовым сигналом и измеряемым параметром. Выходной сигнал, мА - 4-20. Напряжение питания, В - 220 или 240 [6].

Унифицированный токовый выходной сигнал поступает на вход модульной платы АЦП, где преобразуется в цифровой сигнал, поступающий по шине к процессорной плате. Алгоритм управления предусматривает контроль, регистрацию, регулирование и сигнализацию уровня в испарителе поз.1; контроль и регистрацию уровня в отделителе поз.1; контроль, регулирование и сигнализацию уровня в сборнике поз.2.

Управляющий сигнал с процессорной платы поступает на вход модульной платы ЦАП, где преобразуется в аналоговый сигнал, который далее идет на вход преобразователя электропневматического типа ЭПП-2 (поз.1-3, 16-3). Входной электрический сигнал, мА: 4-20. Выходной пневматический сигнал, кгс/см² 0,2-1,0 [4].

Далее унифицированный пневматический сигнал поступает на регулирующий клапан 774-39-00Б (поз.1-4, 16-4). Условное давление 6кгс/см². Предельная температура 200°С. Изготовитель: завод «Димитровградхиммаш», Димитровград [5].

3.4 Выбор и обоснование средств измерения расхода

Для измерения расхода на линии входа ЖА в испаритель поз.1 (4000-7500м³/час) используется в качестве первичного измерительного преобразователя диафрагма камерная типа ДК6-400 (поз.3-1). Она предназначена для измерения расхода жидкостей, газов или паров по методу перепада давления. Условный проход трубопровода, мм 400. Также установлен преобразователь разности давления САПФИР-22М-ДД ТУ25-2472.0049-89 модель 2450 с верхним пределом измерения 0,4 МПа, что не более чем на 25% выше номинального значения измеряемой разности давлений, равной 0,3 МПа (0,3·1,25=0,375 МПа) (поз. 3-2). Он предназначен для работы в системах автоматического контроля и регулирования технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Работает со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного входного сигнала 4-20мА постоянного тока. Предельное допускаемое рабочее избыточное давление 25 МПа [8]. Для преобразования сигнала от преобразователя разности давлений в унифицированный сигнал постоянного тока используется блок преобразования сигналов, искрозащиты и питания БПС-90К ТУ25-7439. 0016-90 (поз.3-2). БПС-90К обеспечивает линеаризацию статической характеристики преобразователей при измерении расхода по методу перепада давления на сужающем устройстве. Выходной сигнал, мА - 4-20. Напряжение питания, В - 220 или 240 [6].

Унифицированный токовый выходной сигнал поступает на вход модульной платы АЦП, где преобразуется в цифровой сигнал, поступающий по шине к процессорной плате. Алгоритм управления предусматривает контроль и регистрацию расхода на линии входа ЖА в испаритель поз.1.

Для измерения расхода на линии входа сточных вод в испаритель поз.1 (4000-7500м³/час) используется в качестве первичного измерительного преобразователя диафрагма камерная типа ДК6-400 (поз.6-1). Она предназначена для измерения расхода жидкостей, газов или паров по методу перепада давления.

3.5 Выбор и обоснование средств измерения рН

Для контроля рН сточных вод на выходе из испарителя поз.1 (не менее 2,0) используется чувствительный элемент погружной ДП_г-4М (поз.9-1). Для преобразования значений рН в водных растворах и пульпах в пропорциональное им электрическое напряжение совместно с высокоомным преобразователем П-215 (поз. 9-2) в системах контроля и автоматического регулирования рН технологических процессов [9].

3.6 Выбор и обоснование отсекателей и электрозадвижек

Для контроля за процессом на линии входа ЖА в фильтры поз.1, 2 (открыт, закрыт) используют пусковую аппаратуру для управления электродвигателем отсекателя ПБР(поз.20-1).

Осуществляется дистанционное управление из ЦПУ (по месту).

Для приведения в действие электрозадвижки используют аппаратуру, предназначенную для ручного дистанционного управления, установленную на щите БРУ (поз.20-2).

захолаживание озонированный сток автоматизация

4. Расчёт трубопровода

1.По таблицам [11] при Р₀= 3 кгс/см² и Т= 60 ?С находим: динамическую вязкость ?= 4,55·10^-5 кгс·с/м²; плотность воды ?= 0,995 г/см³.

2.Определяем гидростатический напор, соответствующий разности уровней верхней и нижней отметок трубопровода:

.

Так как единица силы 1 кгс в системе МКСС равна 9,81 Н в системе СИ, то .

Определяем располагаемый напор:

кгс/см².

Определяем число Рейнольдса при G_макс и отнесенное к D:

.

Определяем условие гидравлической гладкости трубопровода:

,

где n_s = 0,1 мм шероховатость трубопровода.

Так как трубопровод в данном случае не является гидравлически гладким, то коэффициент трения ? определяется по рисунку 2 в зависимости от Re_D и D/ При D/= 1000 и Re_D = 13,6·10⁵ коэффициент трения ? = 0,02.

Суммарная длина трубопровода

L=15+17+8+2+10+23+4+3+?/3·0,4+?/2·0,5+?/6·0,7+?/3·0,5+?/6·0,8+?/2·0,4+?/6·0,6=172 м.

Находим среднюю скорость в трубопроводе при максимальном расчетном расходе:

м/с

Находим потерю давления в прямых участках паропровода:

кгс/см²

Определяем потери давления в местных сопротивлениях трубопровода:

кгс/см²

Общие потери давления в линии

 кгс/см²

3.Определяем перепад давления в регулирующем органе при максимальном расчетном расходе пара:

кгс/см²

Очевидно, что при очень малых расходах потери давления в линии пренебрежимо малы, и перепад давления на регулирующем органе будет равен:

кгс/см²

Таким образом, перепад давления на регулирующем органе будет изменяться в пределах - 2 кгс/см².

4.Так как ?P_p.o/P_i >0,5, то находим максимальную пропускную способность регулирующего органа:

м³/ч

5.Выбираем двухседельный регулирующий орган с условной пропускной способностью К_у = 1700 м³/ч > 1,2К_макс = 1719,3 м³/ч с D_y = 100 мм.[11]

6.Определяем отношение перепада давления на регулирующем органе при максимальном расходе к перепаду давления в линии:

7.Так как по условию расходная характеристика должна быть линейной, то выбрать регулирующий орган с линейной пропускной характеристикой.

8.Определяем максимальный расход для выбранного регулирующего органа:

кг/ч

9.Определяем относительные значения расхода:

10.Определяем диапазон перемещения затвора регулирующего органа с линейной характеристикой при n = 0,38:

Список использованных источников

1. Мухленов И.Н. и др. Основы химической технологии: Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е, доп. и перераб. М.: Высшая школа, 1975. - 344с.

2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология: Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 1985. - 448 с., ил.

3. Попова Н.М. Катализаторы очистки выбросов промышленных производств - М.: Химия, 1991. - 174 с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.П., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов Под ред. чл. - корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 9-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 560с.

5. Справочник азотчика 1-е изд. Пераб. - М.: Химия,1986. - 513 с.

6. Рабиноич В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник Под ред. А.А. Потехина, А.Е. Ефимова - 4-е изд. - С-Пб.: Химия, 1994. - 432 с.

7.Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. - М.: Химия, 1968. - 510 с.

8. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчёты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие. - М.: Химия, 1983. - 224 с.

9. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию /Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия 1991. - 496 с.

Приложение

Спецификация

Размещено на Allbest.ru