Обгрунтування ефективності автоматизації процесу очистки нітрозних газів у виробництві адипінової кислоти на ВАТ “Рівнеазот”

Iсторичнi назви ВАТ “Рiвнеазот” 1965р. – Ровенський завод азотних добрив (РЗАД) 1975р. - Ровенське виробниче об'єднання “Азот” (РВО “Азот”) 1992р. – Ровенське державне хiмiчне пiдприємство “Азот” (РДХП “Азот”) 1994р. – Ровенське орендне пiдприємство "Азот" (РАП "Азот") 1995р. – Вiдкрите акцiонерне товариство "Рiвнеазот" (ВАТ "Рiвнеазот"). Проектним завданням по будiвництву I-й черги Рiвненського заводу азотних добрив передбачалося запровадження в дiю виробництва амiаку потужнiстю 103 тис.тн. Перша продукцiя – амiачна вода з привiзного амiаку – отримана 14 листопаду 1968 року. Але перша дiйсна перемога вiдбулася 23 березня 1969 року. Тодi вперше на Рiвненщинi був вироблений амiак, а 31 березня того ж року державна комiсiя пiдписала акт про приймання в експлуатацiю виробництва амiаку потужнiстю 103 тис.тн. у рiк. Цю дату рiвненськi хiмiки вважають у день народження свого пiдприємства. За перiод з 1969 року введено в експлуатацiю: 1969р. – введено в експлуатацiю виробництво амiаку потужнiстю 103 тис.тн. /рiк, амiачної води 410 тис.тн/рiк. Крiм того, у 1969 роцi були задiянi допомiжнi цехи: - електроремонтний; - контрольно-вимiрювальних приладiв i автоматики; - водопостачання i каналiзацiї; - залiзничний цех; - ремонтно-механiчний цех; - центральна заводська лабораторiя. 1970р. – двi системи виробництва сiрчаної кислоти потужнiстю 180 тис.тн/рiк методом випалювання колчедану, цех сульфату амонiю. 1971р. – виробництво твердої i рiдкої вуглекислоти потужнiстю – 6 тис.тн/рiк. 1972р. – два агрегати азотної кислоти потужнiстю 120 тис.тн/рiк кожний (моногiдрат). У перiод з 1974 р. по 1984р. введенi в експлуатацiю ще 6-ть агрегатiв азотної кислоти, агрегат амiачної селiтри потужнiстю 470 тис.тн/рiк. 1973р. – два агрегати амiаку потужнiстю по 200 тис. тн/рiк кожний. З 1973 року на пiдприємствi почалося будiвництво складних мiнеральних добрив – нiтроамофоски. Разом з тим споруджувалася 2-га черга виробництва сiрчаної кислоти потужнiстю 350 тис.тн/рiк. У 1975 роцi цi виробництва почали вводити в експлуатацiю. 1975р. – третя система сiрчаної кислоти потужнiстю 360 тис.тн/рiк, цех фосфорної кислоти потужнiстю 220 тис.тн/рiк;- складнi фосфорнi добрива потужнiстю 392 тис.тн/рiк. 1979р. – агрегат №3 амiаку потужнiстю 200 тис.тн/рiк. У груднi 1983 року був введений у дiю I пусковий комплекс виробництва адипiнової кислоти потужнiстю 25 тис.тн/рiк. 1984р. - нове органiчне виробництво: - циклогексанона потужнiстю 17 тис.тн/рiк; - циклогексанола потужнiстю 8 тис.тн/рiк; - адипiнової кислоти потужнiстю 25 тис.тн/рiк. 1985-86р. - перевiд виробництва сiрчаної кислоти зi схеми випалу колчедану на схему випалу сiрки. 1987р. - нове органiчне виробництво: - адиподинiтрилу потужнiстю 8,7 тис.тн/рiк; - гексаметилендiамiну потужнiстю 9 тис.тн/рiк; - солi СГ потужнiстю 10 тис.тн/рiк; - цех каталiзаторiв; - 2 системи по 60 тн/рiк кожна. 1988р. – реконструкцiя цеху сiрчаної кислоти з переводом на бiльш надiйну схему подвiйного контактування i подвiйної абсорбцiї. У 1988 роцi було розпочате будiвництво великотоннажного агрегату амiаку потужнiстю 600 тис.тн/рiк, з наступним будiвництвом цеху карбамiду. У 1990 роцi будiвництво через вiдсутнiсть фiнансування було законсервовано. 1992р. – цех виробництва солi СГ переведений на виробництво солi АГ з метою зниження собiвартостi продукцiї i розширення ринку збуту. З експлуатацiї виведено: 1984р. – перший амiак пiсля виходу ресурсу експлуатацiї оснащення. 1986р. – 1, 2 агрегати азотної кислоти по тiй же причинi. 1990р. – припинений випуск сульфату амонiю. 1996р. – законсервоване виробництво солi АГ у зв'язку з вiдсутнiстю ринку збуту. 2002-2003рр. – законсервовано цех екстракцiйної фосфорної кислоти. 2004р. – законсервовано цех сiрчаної кислоти. Дiючi виробництва: амiаку, амiачної селiтри, азотної кислоти, складних мiнеральних добрив, адипiнової кислоти. У 1997 роцi на базi цеху гексаметилендiамiну введено в експлуатацiю установку розгонки амiаку водного технiчного з одержанням рiдкого амiаку (цех А-3). Проектна потужнiсть установки – 13,9 тис.тн/рiк. У 1997 роцi впроваджене виробництво тукосумiшi сухої концентрованої, котра готується шляхом механiчного змiшування готових твердих добрив. У 1998 роцi на базi виведеного з експлуатацiї виробництва солi АГ розроблений проект реконструкцiї i введений у дiю цех по очищенню нижчих дикарбонових кислот (НДК) вiд смол i металiв, мiдi i ванадiю, з вiдходiв, що є побiчними продуктами виробництва адипiнової кислоти. Проектна потужнiсть 1914 тн/рiк (цех АК-3). На iснуючому обладнаннi цеху каталiзаторiв недiючого виробництва солi АГ налагоджене виробництво силiкагелю екструдованого технiчного марок СЕТК, СЕТО вiдповiдно до вимог ТУ 6-05607824-034-97. Цех каталiзаторiв має можливiсть виробляти ванадiєвий каталiзатор для цеху сiрчаної кислоти i силiкагель для всього пiдприємства. У груднi 2002 року випущена дослiдницька партiя вапняно-амiачної селiтри з вмiстом азоту 27%, а з 2004 року розпочався серiйний випуск.

Найбільшим попитом користуються така продукція: засіб для зняття накипу "Адіпінка"; миючий засіб "Діана"; мінеральні добрива в дрібній упаковці "Амофос"; унікальний чистячий засіб "Темп".

Основні цехи: аміаку, аміачної води, комплексних добрив, амофоса, фосфорної кислоти, сірчаної кислоти, адипінової кислоти, азотної кислоти.

Допоміжні цехи: водопостачання і водовідведення, ремонтно-механічний, енергопостачання, КВП і А, АСУП, електроремонтний, центральний відділ технічного контролю, центральна лабораторія, котельний цех, цех очисних споруд тощо.

 2.2. Опис технологічного процесу

Рідкі відходи виробництва в розпиленому  стані, нітрозні і віддувні гази вводяться в високотемпературну зону продуктів горіння органічного палива, при цьому вода повністю випаровується, органічні і елементоорганічні сполуки підлягають термічному розкладданню і окисленню за рахунок кисню повітря, утворюючи розплав кальцинованої соди і продукти повного згоряння з їх подальшою очисткою в скрубері Вентурі.

Розкладання нітрозних газів відбувається в агрегаті, який є єдиною компоновкою циклонного реактора поз. Р-3₁, котла-утилізатора ДКВР-10-13 поз. А-1₁  і економайзера  ЕП1-330 поз.Т-7₁.

Циклонний реактор поз. Р-3₁ - це горизонтальний циліндричний апарат футерований вогнетривкою цеглою. Топкова частина реактора обладнана двома пальниками попереднього змішування, які установлені тангенціально до внутрішнього кола реактора.

Пальники попереднього змішування призначені для підготовки суміші природного газу і нітрозних газів і подачі її в топкову камеру.

Пальники обладнані оболонкою  для охолодження, в яку подається пара або вода. В період виведення реактора на режим в пальники замість нітрозних газів подається дуттьове повітря. За топковою камерою реактор обладнаний двома форсунковими гніздами для установки форсунок подачі конденсату.

В торцевій частині реактор обладнаний  штуцером для подачі пари і штуцером для установки захисного запального пристрою (ЗЗП), до якого підведені природний газ і повітря.

Циклонний реактор з’єднаний з  топкою котла газоходом, який є металевою  циліндричною конструкцією, футерованою  вогнетривкою цеглою. Перед входом в топку котла в газохід  подається дуттьове повітря через 12 сопел діаметром 40 мм для окислення продуктів неповного згоряння, які містяться в димових газах.

Котел ДКВР-10-13 – двобарабанний, вертикальний, водотрубний з екранованою топковою  камерою і кип’ятильним  пучком із гнутих  труб. Основні елементи котла: верхній і нижній барабан, екранована топкова камера, котельний  пучок, економайзер. Топкова камера котла поділена стінкою із цегли для покращення змішування газів з повітрям.

Шамотна перегородка, яка відділяє топку від пучка, і чавунна  перегородка, яка утворює два  газоходи, в пучках створюють  горизонтальне  розвертання газів при поперечному омиванні труб.

 Барабани котлів виготовлені  із сталі 16 ГС, мають внутрішній  діаметр 1000 мм при товщині стінки 13 мм. Для огляду барабанів котла і розміщених в них сепараційних пристроїв передбачені лази. Довжина циліндричної частини верхнього барабана 6325 мм, нижнього 3000 мм.

На нижній твірній верхнього  барабана встановлені контрольні легкоплавкі  пробки. Вони призначені для попередження апаратника про відсутність  води в барабані і підвищення температури його стінок.

Чавунний ребристий економайзер  поз. Т-7₁ установлений безпосередньо за котлом-утилізатором і призначений для додаткового нагрівання живильної води за раху-нок утилізації тепла димових газів.

Складається із чавунних ребристих  труб,  з’єднаних чавунними дугами так, що живильна вода послідовно проходить по всіх трубах знизу вверх.  Димові гази проходять міжтрубний простір зверху вниз. Ребристі труби мають на кінцях квадратні фланці, які утворюють стінку. Площа поверхні нагрівання економайзера 330 м².

Нітрозні гази під тиском не більше 0,2 Мпа надходять в циклонний  реактор через два пальники попереднього змішування з об’ємною витратою не більше 6000 м³/год.В ці ж пальники  подається природний газ під тиском 10-40 кПа з об’ємною витратою не більше 880 м³/год. В період розпалювання реактора в ці  ж пальники подається повітря під тиском 2-8 кПа.

Окислення палива в циклонному реакторі проходить при температурі 950-1300 ^оС за рахунок кисню, який міститься в оксидах азоту, а також кисню повітря, яке міститься  в нітрозних газах. Для регулювання температури  в заданих межах в реактор подається пара через спеціальний штуцер і конденсат через дві форсунки.

Співвідношення окислювача і палива при вказаних витратах становить - 0,7. Це забезпечує відновлювальне  середовище в зоні пальників реактора  і перехід атомарного азоту із оксидів азоту в молекулярний азот. Але при цьому утворюються продукти неповного згоряння – оксид-вуглецю і водень. Допалювання їх здійснюється в топці котла, яка в даному  випадку  відіграє роль окислювальної камери. Для цього в топку котла через сопла подається дуттьове повітря  під тиском 3-8 кПа  і  об’ємною витратою 200-5000 м³/год.

Процес термічного розкладання  нітрозних газів проходить за реакціями:

                     2NO + CH₄ + O₂    --------   CO₂ + N₂ + 2H₂O

              2N₂O + 5CH₄ + 5O₂    --------   3CO₂ + 2N₂  + 6H₂O

               4NO₂ + 3CH₄ + 2O₂    --------   3CO₂ + 2N₂ + 6H₂O

Димові гази із циклонного реактора поз. Р-3₁  проходять послідовно котел-утилізатор поз. А-1₁, водяний економайзер поз. Т-7₁ і димососом поз. В-5₁  викидуються в атмосферу через димову трубу поз. Х-5.

Перед димососом встановлено направляючий апарат для регулювання розрідження   в циклонному реакторі поз. Р-3₁ в межах від мінус 60 Па до 40 Па.

За рахунок утилізації тепла  димових газів в котлі типу ДКВР-10-13  поз. А-1₁  утворюється насичена пара під тиском не більше 1,3 МПа. Для приготування живильної води, яка подається в барабан котла-утилізатора поз. А-1₁, передбачена деаерація і підігрівання хімочищеної води. Хімочищена вода із мережі  підприємства надходить в теплообмінник поз. Т-10, далі в охолоджувач випару поз. Т-9 і з температурою 60-80 ^оС направляється в верхню частину деаераційної колонки поз. К-2, установленої над деаераторним баком поз. Е-20.  Витрата води регулюється автоматично за рівнем в деаераторі за допомогою клапана,  який встановлено на трубопроводі перед теплообмінником поз. Т-10. Пара в деаератор підводиться до барботажного пристрою і через отвори барботує воду. Нагрівання води до температури кипіння проходить в деаераційній колонці, а перегрів її і остаточне видалення газів в шарі над барботажним пристроєм.

Парогазова суміш із деаераційної  колонки поз. К-2 надходить в охолоджувач  випару деаератора поз. Т-9, де конденсується  і направляється в збірник хімочищеної води поз. Е-12. Тиск в деаераторі становить 15-35 кПа і підтримується автоматично регулятором, клапан якого встановлено на лінії пари в деаератор.

На виході із деаератора живильна вода має температуру 102 - 104^оС. Із  деаератора живильна вода насосом поз. Н-16₁ або Н-12₁ подається в барабан котла-утилізатора поз. А-1₁. В барабан котла поз. А-1₁ живильна вода подається через економайзер поз. Т-7₁, де підігрівається димовими газами до температури  не більше 150 ^оС.  Передбачена  сигналізація мінімального і максимального рівня в барабані котла

Пара, яка виробляється в котлі-утилізаторі поз. А-1₁, під тиском не більше 1,3 МПа відводиться із верхнього барабана котла через головну парову засувку      і направляється на редукційну установку. Після редукційної установки пара під тиском не більше 0,6 МПа направляється в мережу підприємства. Якість котлової води  забезпечується безперервною і періодичною продувкою котла.

Безперервна продувка  проводиться  із верхнього барабана котла в  сепаратор поз. С-3 з таким розрахунком, щоб масова концентрація солей в  котловій воді була не більше 3000 мкг/дм³. Із сепаратора пара направляється в деаератор, а конденсат в збірник поз. Е-21. Конденсат із охолоджувача випару  поз. Т-9 і із  підігрівача хімочищеної води   поз. Т-10 надходить в збірник хімочищеної води поз. Е-12.

Періодичні продувки води із нижнього барабана котла і колекторів котла надходять в збірник поз. Е-21. Збірник поз. Е-21 охолоджується оборотною водою. Із збірника поз. Е-21 вода направляється  в промзливову каналізацію. Під час пуску для рівномірного прогрівання всіх елементів котлоагрегату в його  барабан подається пара із мережі підприємства. Крім того,  для  запобігання закипання води в економайзері поз. Т-7₁ включається лінія рециркуляції по контуру: деаератор поз. Е-20 - насос поз. Н-16₁ - економайзер поз. Т-7₁ - деаератор поз. Е-20.

Після включення постійного підживлення котла лінія рециркуляції закривається. Для регулювання продуктивності насосів поз. Н-16₁ і Н-12₁  передбачена лінія рециркуляції з нагнітання насосів в деаератор поз. Е-20

2.3. Функціональна схема автоматизації та її опис

На основі технологічної карти  параметрів та технологічної схеми розробляється функціональна схема автоматизації.

           Схема автоматизації повинна забезпечити всі вимоги і функції, які передбачені в технологічній карті.

Функціональна схема систем автоматизації  технологічних процесів є документом, що показує функціональну і блокову  структуру систем автоматизації  технологічних процесів, а також  оснащення об’єкта керування  приладами і засобами автоматизації. На функціональній схемі дано спрощене зображення агрегатів, що підлягають автоматизації, а також приладів, засобів автоматизації  і керування, які зображенні умовними позначеннями за діючими стандартами, а також лінії зв'язку між ними.

В даній системі автоматичного  керування передбачено 2 контури  регулювання температури, 4 контури  регулювання витрати, 7 контурів регулювання  тиску та 4 контури регулювання  рівня. Крім того передбачено відповідно регулювання пуску та зупинки двигунів. Також передбачено контроль, реєстрація, сигналізація та блокування певних контурів.

Регулювання, реєстрація, сигналізація та блокування за технологічним процесом реалізовані на базі контролера МІК-51. Сигнали з датчиків подаються на модулі контролера МІК-51. Після обробки сигналів за допомогою певних програм (відповідно можливий вибір законів регулювання – ПІ або ПІД) сигнали подаються на модулі контролера МІК-51, з якого командні сигнали подаються на виконавчі механізми.