Проект автоматизации отделения ректификации установки производства стирола
2.1 Анализ технологического объекта, как объекта автоматизации
Рассматриваемый технологический объект - ректификационная установка непрерывного действия. Целевым продуктом является стирол-ректификат, который выделяется из УВК.
Основными технологическими аппаратами являются вакуумные ректификационные колонны насадочного типа К-302, К-312, К-322. В обвязку колонн входят также теплообменные аппараты (кипятильники, конденсаторы, теплообменники) и трубопроводы, по которым осуществляется транспортировка продуктов насосным оборудованием.
Основным процессом в отделении является массообменный процесс - процесс ректификации, протекающий в колоннах. В каждой колонне, поочередно, из смеси выделяются, практически чистые, побочные и целевой компоненты (БТФ, этилбензол, стирол-ректификат и КОРС).
Так же в отделении протекают гидродинамические (транспортирование жидкостей по трубопроводам) и тепловые (нагревание и охлаждение жидкостей и газов, конденсация паров, кипение жидкостей в теплообменных аппаратах) процессы.
Для получения продукта заданного качества используется косвенный метод контроля распределения концентраций продуктов по высоте колонны - по состоянию температурного профиля колонны (изменение температуры внутри колонны в зависимости от высоты и фракционного состава).
Оптимальную форму температурного профиля колонны определяет флегмовое число для каждой колонны, согласно регламенту, а расположение профиля по высоте колонны определяется температурой на контрольной тарелке.
Материальный баланс в колоннах и стабилизация всей системы, поддерживается контролем и стабилизацией уровней в кубах колонн и в сборниках-конденсаторах.
Существующая схема автоматизации построена на локальных контурах регулирования, на устаревшем пневматическом оборудовании. Это оборудование не дает возможности полностью реализовать регулирование технологическим процессом, отвечающее современным требованиям к безопасности и качеству.
Современная распределенная система управления, в свою очередь, существенно расширяет возможности регулирования. С помощью процессорной техники можно реализовать сложные алгоритмы управления. При этом оборудование имеет высокую надежность, есть возможность резервирования. Уже внедренная система легко поддается изменениям в схемах и контурах регулирования, без замены и модернизации оборудования.
Контуры регулирования процесса:
– Расход питания К-302 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-302;
– Расход пара в Т-303 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи пара в Т-303, с коррекцией от разности температур между верхом колонны и контрольной тарелкой;
– Уровень в Е-303 регулируется по заданному значению клапаном, установленном на трубопроводе отвода конденсата в Е-240 из Е-303;
– Расход флегмы в К-302 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи флегмы в К-302;
– Откачка водного слоя из Ф306А/1,2 осуществляется клапаном периодически, при поступлении сигнала с датчика наличия влаги в Ф306А/1,2;
– Расход БТФ в цех 121/130 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи БТФ в цех 121/130, с коррекцией по уровню в Т-304;
– Расход БТФ в трубопровод этилбензола возвратного, регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи БТФ в линию этилбензола возвратного с коррекцией по уровню в Т-304 и расходу в цех 121/130;
– Расход питания К-312 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-312 с коррекцией по уровню в К-302;
– Температура питания К-312 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-309;
– Расход воды в Т-304 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-304, с коррекцией от температуры на выходе из Т-304;
– Температура на выходе из Т-305 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи ЖНЗ в Т-305;
– Расход пара в Т-313/1,2 регулируется по заданному количеству клапанами, установленными на трубопроводах подачи пара в Т-313/1,2 соответственно, с коррекцией от разности температур между низом колонны и контрольной тарелкой;
– Уровень в Е-313 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе отвода конденсата в Е-240 из Е-313;
– Расход флегмы в К-312 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи флегмы в К-312, с коррекцией по флегмовому числу (отношение расхода дистиллята к расходу флегмы) и уровню;
– Расход этилбензола возвратного регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе откачки этилбензола возвратного с коррекцией по уровню в Т-314;
– Расход питания К-322 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-322 с коррекцией по уровню в К-312;
– Температура питания К-322 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-319;
– Расход воды в Т-314 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-314, с коррекцией от температуры на выходе из Т-314;
– Температура на выходе из Т-315 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи ЖНЗ в Т-315;
– Расход пара в Т-323 регулируется по заданному количеству клапанами, установленными на трубопроводах подачи пара в Т-323, с коррекцией по уровню в К-322;
– Уровень в Е-323 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе отвода конденсата в Е-240 из Е-323;
– Расход флегмы в К-322 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи флегмы в К-322;
– Расход стирола-ректификата в объект 1480 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи стирола-ректификата в объект, с коррекцией по уровню в Т-324;
– Расход питания К-332 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-332;
– Расход воды в Т-324 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-324, с коррекцией от температуры на выходе из Т-324;
– Температура на выходе из Т-325 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи ЖНЗ в Т-325.
В качестве модернизации существующей схемы, для улучшения качества регулирования и продукции, увеличения надежности и безопасности производства а так же для снижения затрат на производство, предложены следующие изменения:
1) Локальные схемы регулирования температуры воды на выходе из Т-304, Т-314 и Т-324 заменены каскадными;
2) Установка регулирующих клапанов на трубопроводы подачи воды оборотной в Т-309 и в Т-319 и построение локальных схем для стабилизации температур питания колонн К-312 и К-322 соответственно;
3) Установка отсечных клапанов на трубопроводах дренирования влаги из Ф-306/1,2 по сигналу от датчиков наличия влаги;
4) Включение регулирования уровня в Т-304 расходом БТФ в трубопровод этилбензола возвратного, в случае если регулировать его с помощью расхода БТФ в цех 121/130 невозможно;
5) Стабилизация флегмового числа на К-312, с помощью регулирования соотношения расхода флегмы и дистиллята;
6) Замена схемы стабилизации абсолютной температуры на контрольной тарелке в К-312, схемой стабилизации разницы между температурой на контрольной тарелке и температурой в 5 пакете насадки;
7) Установка датчиков заполнения полостей насосного оборудования.
Кроме этого, для увеличения надежности и предупреждения аварийных ситуаций можно:
1) Внедрить систему оповещения оператора при критической скорости изменения параметра, например для уровней в Т-304, Т-314 и Т-322, не дожидаясь пока параметр достигнет максимального значения (20-80% для уровней), следовательно, у оператора будет больше времени для принятия мер;
2) В случае если нет возможности регулирования уровней в Т-304, Т-314 и Т-322 с помощью штатных систем переключаться на регулирование этих уровней расходом флегмы, тем самым исключить переполнение или опустошение сборника.
Технологией процесса предусматривается, что два раза в сутки, из куба колонны К-312 забирается часть кубовой жидкости для приготовления раствора ингибитора. При этом уровень в кубе понижается в течение примерно 10 минут на 10-15%. Это для аналогового регулятора является сильным возмущающим воздействием, следовательно, резко изменяется расход питания К-322 (каскадное управление), что крайне нежелательно. Предлагается ввести дискретное управление уровнем колонны для исключения колебаний расхода при заправке ингибиторных емкостей.
В связи с жесткими требованиями по плановой суточной выработке стирола-ректификата, желательно применение автоматического корректирования нагрузки по заданному оператором значению.