Расчет комбинированной автоматической системы регулирования температуры на выходе печи F02 (стр. 2 из 3)
Температура на выходе из печи F02 240-280 оC поддерживается регулятором температуры 51ТС015 изменением расхода воздуха клапаном 51ТV015. Расход воздуха регистрируется на экране монитора 51F019. Соотношение воздух/кислый газ поддерживается регулятором 51FF019.
Визуальный контроль за пламенем и состоянием футеровки печи осуществляется через смотровые окна. Окна оборудованы постоянным обдувом технологическим воздухом в период работы печи и азотом в период остановки. Переключение осуществляется автоматически трехходовым краном 51UV010. Автоматический контроль за пламенем осуществляется датчиком 51BSL003.
1.1 Назначение
Установка предназначена для получения элементарной серы из кислого газа, выделенного в процессе сероочистки природного газа на установках У272, У241, установок стабилизации конденсата У221, а также газа выветривания с установок У-222, У-265.
1.2 Химические реакции
Технологический процесс преобразования содержащегося в кислом газе сероводорода в элементарную серу, т.е. конверсии, основан на реакции Клауса:
2Н2S + SО2 = 3/nS + 2H2O+ Xккал/моль
где n-количество атомов серы в молекуле, зависящее от температуры реакции (от 2 до 8).
Эта реакция осуществляется в два этапа: на первом этапе (термическом) поток кислого газа подается в печь реакции, где смешивается с воздухом и сжигается, при этом происходит окисление примерно 1/3 Н2S до SО2 при высокой температуре (900-1350 0С)
Н2S + 3/2 O2 = Н2О + SО2 + 124-138 ккал/ч
В печах реакции наряду с основными идут побочные реакции:
СО2 + Н2S = СОS + Н2О
СН4 +2S2 = 2Н2S + СS2
Степень конверсии в печах F01,F11 составляет около 55%.
На втором этапе (каталитическом) газ проходит два последовательно установленных каталитических конвертора, где две трети неокисленного Н2S реагируют с образующимся SО2 .
2Н2S + SО2 = 2Н2О + 3/nSn + 22,2 ккал/моль
Полученные на первом этапе сероорганические соединения подвергаются реакции гидролиза на катализаторе:
СS2 + 2Н2О = 2Н2S + СО2
СОS + Н2О = СО2 + Н2S
Степень конверсии после отделения Клаус увеличивается до 95%. Сера, получаемая на каждом этапе процесса, выделяется из реакционной среды путем конденсации, что позволяет перемещать равновесие реакции в направлении образования серы. Для очистки хвостовых газов отделения Клаус и увеличения степени конверсии по установке до 99,6% применяется процесс Сульфрин. Основой процесса является реакция Клауса на катализаторе (активированном глиноземе) при температуре 130-160 0С.
2Н2S+SO2 = 2Н2О + 3/nSn+ 3500 ккал/моль
2. Описание установки У-251
Установка предназначена для получения элементарной серы из кислого газа, выделенного в процессе сероочистки природного газа на установках У272, У241, установок стабилизации конденсата У221, а также газа выветривания с установок У-222, У-265.
Установка состоит из:
1. Отделения Клаус, где путем прямого окисления в реакционных печах сероводорода до элементарной серы и SO2 (термическая часть) и дальнейших реакций Н2S и SO2 на слое катализатора (каталитическая часть) получается основной объем серы. В термической части выход достигает 55%, а в каталитической части - 40% от общего количества серы.
2. Отделения Сульфрин, где путем доочистки хвостовых газов на катализаторе (активированный глинозем высокого качества) достигается в целом по установке 99,6% извлечения серы из газа.
3. Печи дожига остаточных газов, где преобразуются в SO2 перед сбросом в атмосферу все сернистые соединения, имеющиеся на выходе отделения Сульфрин.
4. Узла дегазации жидкой серы, предназначенного для извлечения сероводорода, абсорбированного в сере, полученной в отделениях Клаус и Сульфрин.
Производительность каждой установки У-251 составляет:
77,17 т/час жидкой серы - номинальная, 88,77 т/час жидкой серы - максимальная.
Продукцией является сера техническая газовая, соответствующая ГОСТ 127-76.
3. Описание технологического процесса каталитической части Клауса
Конвертор R01.
Газы, подогретые в F02, проходят сверху вниз через слой катализатора конвертора R01, где происходят химические реакции с преобразованием Н2S и SО2 в серу и гидролиз COS, CS2. За счет реакций происходит повышение температуры до 350-365 оС.
Контроль за температурой катализатора по слоям - верхнем и нижнем, осуществляется термопарами с выводом показаний и регистрацией на щите операторной, точки ТR017, 018, 019, 020, 021, 022 и по цифровой консоли (ТI017, 018, 019, 020, 021, 022). Контроль за температурой газа на выходе из аппарата осуществляется датчиком (TI023).
На случай загорания серы и повышения температуры в аппарате предусмотрена подача пара VB во входной трубопровод R01.
Теплообменник газ/газ - конденсатор-генератор Е02/Е03
Продукты реакции из R01 поступают в трубное пространство Е02/Е03. Е02/Е03 представляет собой совмещенный аппарат. Е02 - теплообменник газ/газ. Е03 - конденсатор-генератор газ/вода.
В Е02 газы реакции охлаждаются до 325 оС (TI118) и поступают в Е03, где охлаждаются до 180 оС. Сконденсированная сера через два гидрозатвора по серопроводу поступает в яму Т01.
Для охлаждения газа в Е03 используется питательная вода ЕЕ, поступающая с У160 и подогретая в Е04 до 150 - 155 оС. Регулирование уровня осуществляется регулятором LRC025, клапан которого LV025 установлен на трубопроводе входа воды. Визуальный контроль осуществляется двумя стеклами "Клингера" LG024 и LG038. Расход воды осуществляется датчиком FТ022 с индикацией на щите операторной. Давление в аппарате контролируется датчиком РТ022 с выводом показаний и регистрацией на щите операторной PR022. При понижении уровня в аппарате ниже нормы срабатывает аварийная сигнализация LAL027 от контактора LSL027 и при дальнейшем падении уровня срабатывает контактор LSSS039 и происходит автоматическая остановка установки по блокировке LALL039.
Конденсатор Е03 имеет линию постоянной продувки котловой воды РС через лимитную шайбу 51FО050 с байпасом для залповой продувки конденсатора.
Из Е03 технологический газ поступает в межтрубное пространство Е02, где подогревается до 210-240 оC и поступает в конвертор 151R02.
Температура газа на входе R02 регулируется регулятором ТRС025 при помощи двух параллельно работающих клапанов TV025А/В, установленных на байпасной и входной линиях Е02 соответственно.
Теплообменник Е02 оснащен обогреваемым спускным трубопроводом с ручной задвижкой и гидрозатвором для вывода сконденсированной серы.
Конвертор R02
Технологические газы, поступившие из Е02 в R02 проходят сверху вниз через слой катализатора конвертора, где происходят химические реакции с преобразованием Н2S и SО2 в серу и повышением температуры до 260 оC за счет реакций. Контроль за температурой катализатора по слоям верхним и нижним осуществляется термопарами с выводом показаний и регистрацией на щит операторной, точки ТI 028, 029, 030, 031, 032, 033 и TI034 на выходе аппарата. На случай загорания серы и превышения температуры в аппарате предусмотрена подача пара VB во входной трубопровод R02.
Экономайзер Е04
Продукты каталитической реакции из R02 поступают в трубное пространство экономайзера Е04. Е04 - горизонтальный конденсатор-экономайзер, совмещенный с коагулятором В04. В Е04 технологический газ охлаждается до 130-140 оС, сконденсированная сера отводится через два гидрозатвора с низа В04 по серопроводу в Т01. В04 служит для сепарации капельной серы от газа за счет снижения скорости потока и отбойных сеток. Охлаждение газа осуществляется питательной водой, поступающей с У160.
Схемой питания водой 151Е04 предусмотрено снижение давления питательной воды и уменьшение разности температур входа и выхода воды, что создает "мягкий" режим для конструктивных частей аппарата и текучести серы. Снижение давления до 8-12кг/см2 осуществляется регулятором давления РС37Д, клапан которого TV37А установлен на линии входа воды в Е04. Контроль за давлением осуществляется по месту манометром и на щите операторной РI37Д. Подаваемая с У160 в ЕО4 питательная вода подогревается не ниже 120 оС за счет смешения с горячей водой от насосов P05-15.
Регулирование температуры питательной воды на входе в Е04 осуществляется клапаном TV037C, установленным на линии подачи горячей воды на смешение в линию питательной воды поступающей с У160.
Контроль температуры осуществляется по прибору TI120 на щите операторной. Клапан TV037В, установленный на байпасе Е04, управляется вручную со щита операторной. Количество рециркулируемой воды расчитано таким образом, что при всех режимах работы температура подогретой воды на выходе из Е04 составляет 150-155 оС. Регулирование температуры воды осуществляется регулятором ТRС126, клапан которого TV036 установлен на трубе возврата воды на У160.
Из В04 технологический газ поступает на доочистку в отделение Сульфрин. На трубопроводе после В04 установлен анализатор 51АТ002, измеряющий содержание Н2S и SО2 в отходящих газах. Предусмотрен байпас отделения Сульфрин - линия отходящих газов в печь F03 с клапаном PV025, автоматически управляемым со щита регулятором PRC025. Клапан открывается при превышении давления на выходе отделения Клаус выше 0,25 кг/см2.
4. Анализ печи F02 как объекта управления
Регулирующие воздействия:
FВ – расход воздуха;
FГ - расход топливного газа;
Fк –расход кислого газа;
Регулируемые параметры:
R – разряжение;
ТГ – температура газа;
Возмущающие воздействия:
1. Контролируемые:
FТГ – расход технологического газа;
ТКГ – температура кислого газа;