Совершенствование процесса профессиональной подготовки технологического персонала в цехе производства водорода на ОАО "КуйбышевАзот" в связи с модернизацией производства

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Тема выпускной квалификационной работы «Совершенствование процесса профессиональной подготовки технологического персонала в цехе производства водорода на ОАО «КуйбышевАзот» в связи с модернизацией производства».

В настоящее время очень остро встаёт вопрос качественной подготовки и переподготовки технологического персонала, обслуживающего опасные производственные объекты. Назрела необходимость в пересмотре принципов построения программ обучения и внедрения новых инструментов в процесс подготовки персонала на производствах со сроком эксплуатации более 30 лет.

Тема данной ВКР приобретает особую актуальность для проработки в связи с характером работы персонала на химических производствах. Работа технологического персонала химических производств характеризуется тем, что большую часть рабочего времени люди находятся за пультами управления процессом в режиме наблюдателя, так как автоматизированные системы управления исключают его из активной производственной деятельности; всё большую долю в производстве, оборудованном АСУ ТП, приобретают более сложные функции, с большими затратами умственной энергии персонала. Всё это требует изменения профессионально-квалификационного состава работников. Такой режим работы приводит к тому, что квалификацию работник приобретает не ранее, чем через 3 года работы на одном рабочем месте, и вместе с тем надежность работы персонала постепенно теряется. В то же время работа аппаратчиков конверсии связана с восприятием и обработкой большого объема информации, все решения приходится принимать в условиях повышенного риска за короткий промежуток времени, измеряемый секундами. В дополнение к этому технологический персонал, кроме выполнения своих основных функций, согласно Федеральному закону от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» обязан уметь действовать в режиме аварии. Требования промышленной безопасности по готовности к действиям по локализации и ликвидации последствий аварии на опасном производственном объекте гласят: «В целях обеспечения готовности к действиям по локализации и ликвидации последствий аварии организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, обязана:

- планировать и осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий на опасном производственном объекте;

- заключать с профессиональными аварийно-спасательными службами или с профессиональными аварийно-спасательными формированиями договоры на обслуживание, а в случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации, создавать собственные профессиональные аварийно-спасательные службы или профессиональные аварийно-спасательные формирования, а также НАСФ из числа работников;

- иметь резервы финансовых средств и материальных ресурсов для локализации и ликвидации последствий аварий в соответствии с законодательством Российской Федерации;

- обучать работников действиям в случае аварии или инцидента на ОПО».

Спектр знаний и навыков, необходимых для постановки минимальных компетенций персоналу, обслуживающему сложные агрегаты установок химических производств, очень широк и становится всё более масштабным, однако, в течение очень длительного времени программы и принципы обучения персонала не пересматриваются; по сути, на данный момент мы имеем программы обучения, которые разрабатывались в 70-х годах двадцатого столетия. И это несмотря на множество изменений в аппаратном оформлении технологических процессов, совершенствовании автоматизированных систем управления технологическими процессами. По существующим программам обучения весь упор производится на изучение элементарных теоретических основ и законодательных актов. Игнорируется вопрос обучения персонала в плане освоения навыков практической работы на оборудовании с применением современных средств обучения. При периодическом пересмотре программ учитываются только изменения в ссылках на законодательные требования и акты, а при обучении персонала не используют наглядные пособия, фото и видеоматериалы.

Вследствие такого подхода к обучению, персонал, прошедший подготовку и сдавший ряд экзаменов на допуск к самостоятельной работе, по факту, не в состоянии применять свои знания на практике, и сегодня мы имеем большое количество аварийных остановок по вине технологического персонала. Это связано с несколькими причинами:

1. Замена существующей системы управления технологическими процессами на новое электронное оборудование с использованием компьютеров и микропроцессорной техники. Людям предпенсионного возраста сложно переучиваться и воспринимать новое, у них возникают трудности с восприятием и обработкой информации о состоянии технологического процесса, а также с быстротой ответных действий в качестве реакции на нештатную работу оборудования - люди твёрдо знают, что необходимо предпринять, но не в состоянии оперативно выполнить действия, в результате чего проходит время, в течение которого аварийной ситуации можно было бы избежать, но она развивается, пока автоматика не остановит процесс самостоятельно.

2. Естественный процесс омоложения персонала. Средний возраст работающих цеха составляет 43 года. На 2006 год средний возраст составлял 54 года. Новое поколение прекрасно осваивает работу с системой управления, но ему не хватает практического опыта работы. Причём практический опыт имеет несколько направлений: это знание технологического процесса, диагностика и предотвращение неполадок, знания в области контрольно-измерительной техники, навыки в ремонте и обслуживании механической составляющей процесса.

Объектом выпускной квалификационной работы является деятельность технологического персонала предприятия «КуйбышевАзот».

Предмет выпускной квалификационной работы - программа обучения технологического персонала и внедрение в процесс обучения новых инструментов, которые будут не только помогать при обучении, но и позволят поддерживать на высоком уровне навыки работников в повседневном труде, после окончания процесса обучения. При разработке ВКР использовалась имеющаяся в доступе информация о причинах аварийных остановок цеха и нештатной работы оборудования за период более 10 лет. Не остался без внимания и большой опыт практической работы нескольких поколений работников, которые были профессионалами в своём деле. Учитывались требования законодательных и нормативных актов, регулирующих деятельность опасных производственных объектов.

Целью ВКР является разработка новой программы обучения технологического персонала с использованием тренажёра.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд практических задач:

1) анализ информации из архива цеха;

2) разработка новой программы обучения;

3) апробация новой программы.

Каждое звено в цепи задач обладает высокой степенью важности и детально проработано.

Практическая значимость выпускной квалификационной работы заключается в возможности перевода системы обучения технологического персонала цехов и производств ОАО «КуйбышевАзот», а также других химических предприятий на новые принципы, которые учитывают обновлённые требования и используют новые современные, технологичные методы обучения, повышая тем самым качество подготовки работников, учитывая, что все химические предприятия, согласно Федеральному закону Российской Федерации «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-ФЗ, попадают под категорию ОПО.

Процесс подготовки персонала сложно переоценить, ведь именно от качественной работы людей зависит безопасность на производстве. Отдельно взятая авария может иметь очень серьёзные последствия, наносящие урон людям и окружающей среде. Внедрение новой программы подготовки технологического персонала поможет минимизировать риск возникновения аварий. Данным продуктом может воспользоваться любое подразделение КуйбышевАзота или любое предприятие химической отрасли.

1. Характеристика предприятия «КуйбышевАзот»

Для проведения качественного анализа аварийности на предприятии необходимо знать и хорошо понимать историю предприятия, этапы его становления, технологическую схему производства, принципы работы.

Предприятие расположено в г. Тольятти Самарской области, на берегу самой крупной в Европе реки Волга, в 1000 километрах на юго-восток от столицы России - г. Москвы. Завод был основан в 1966 году. Площадь компании - 300 га, среднесписочная численность работающих - 5 098 человек. КуйбышевАзот - одно из самых технологичных предприятий в отрасли. На рисунке 1 представлен внешний вид завода сегодня.

Рис. 1. КуйбышевАзот сегодня

В 2016 году ОАО «КуйбышевАзот» отметил свой 50-летний юбилей. Полувековая история предприятия включает в себя много славных достижений и успехов, отмечена большим количеством отечественных и международных наград. Компания пользуется заслуженным авторитетом у российских и зарубежных партнеров, имеет высокую репутацию социально ответственного, одного из самых динамично развивающихся предприятий региона и отрасли.

На сегодняшний день КуйбышевАзот является одним из ведущих предприятий российской химической промышленности. Занимает лидирующие позиции по выпуску капролактама, полиамида, полиамидных технических и текстильных нитей в России, СНГ и Восточной Европе. Входит в десятку крупнейших отечественных производителей азотных удобрений. Выпускает технологические газы (азот, кислород, аргон), обеспечивая этими продуктами промышленных потребителей Самарской области и прилегающих регионов РФ. Продукция предприятия пользуется устойчивым спросом на российском и мировом рынках.

Отечественный рынок является для КуйбышевАзота одним из самых приоритетных. Вырабатывая 5,2% всех российских азотных удобрений, предприятие имеет долю в их поставках российским сельхозпроизводителям в размере 12,4%. Компания разрабатывает для аграриев новые виды удобрений, такие как серосодержащие тукосмеси и компактированный сульфат аммония. КуйбышевАзот стал первым российским предприятием, выпускающим это удобрение в форме, полностью соответствующей требованиям современного сельского хозяйства. Агрохимические базы, торговые представительства и дилерские центры компании расположены в крупнейших сельскохозяйственных регионах страны - Краснодарском и Ставропольских краях, Ростовской области, а также Республике Мордовия, Самарской, Ульяновской, Саратовской, Волгоградской, Курской областях. В своей работе на внутреннем рынке предприятие делает ставку на комплексный подход, включающий расширение ассортимента, оптимизацию логистики, научно-практические рекомендации по эффективному применению удобрений.

КуйбышевАзот принимает активное участие в импортозамещении. С начала двухтысячных годов компанией взят курс на углубление переработки капролактама в полиамид-6 и его производные: техническую и текстильную нить, кордную ткань, инженерные пластики. Это высокотехнологичные материалы, нашедшие свое применение во многих отраслях - от электротехники и производства автокомпонентов до пищевой и легкой промышленности. Усилиями КуйбышевАзота, при поддержке федеральных и региональных властей, на базе головного предприятия в Тольятти и дочерних - в Курске и Балашове, на территории нашей страны создана полновесная технологическая цепочка переработки полиамида-6 в синтетические и смесовые ткани. Они используются при пошиве инвентаря и форменной одежды целого ряда ведомств РФ, в том числе - министерства обороны. Сегодня, в союзе с научными и исследовательскими организациями, предприятия группы компаний «КуйбышевАзот» работают над дальнейшим повышением их качества и надежности, улучшением характеристик.

Также динамично развиваются направления деятельности КуйбышевАзота, которым завод обязан своим рождением и дальнейшей славной историей - производство аммиака и азотных удобрений, производство капролактама и технических газов. В этой сфере предприятие осуществляет сразу несколько проектов в партнерстве с ведущими мировыми компаниями химической отрасли - компаниями Линде (Германия), ДСМ (Голландия), Праксайр и Траммо (США).

Строительство Куйбышевского азотнотукового завода (КАТЗ) началось в 1961. Первые производственные мощности (по выработке слабой азотной кислоты и аммиачной селитры на привозном аммиаке) были введены в эксплуатацию в 1965 году. В 1966 году был получен собственный аммиак и предприятие заработало по полной технологической схеме. Этот год является официальной датой рождения завода.



Рис. 2. Строительство азотнотукового завода, 1962 год

В 1975 г. создано производственное объединение «КуйбышевАзот» с головным предприятием КАТЗ, в которое вошли строящиеся Тольяттинский азотный завод (ТоАЗ), Азотреммаш, Трансаммиак. В 1981 г. в результате реструктуризации они были выделены в самостоятельные юридические лица. В 1991 г. КуйбышевАзот стал арендным предприятием, а затем, в 1992 году, создано закрытое акционерное общество «КуйбышевАзот». В 2006 году решением годового общего собрания акционеров тип акционерного общества был изменен с закрытого на открытый.

Стратегические цели предприятия направлены на:

1) повышение стоимости компании за счет совершенствования корпоративных отношений, рационального управления капиталом и роста доходности бизнеса;

2) укрепление лидерских позиций на российском рынке капролактама и продуктов его переработки;

3) увеличение доли продуктов с более высокой добавленной стоимостью;

4) усиление конкурентных позиций за счет повышения эффективности операционной деятельности (проведение технического перевооружения и внедрение новейших технологий, реализация ресурсосберегающих программ, снижение затрат и повышение промышленной безопасности и культуры производства);

5) соответствие высоким стандартам качества продукции и требованиям потребителей;

6) соответствие высоким стандартам экологической и промышленной безопасности;

7) совершенствование профессионализма сотрудников и обеспечение их социальной защищенности.

Грамотный и высококвалифицированный персонал является одним из самых важных и ценных внутренних ресурсов предприятия. Учитывая это, КуйбышевАзот проводит активную кадровую политику, представляющую собой целостную скоординированную систему, включающую подбор, обучение и переподготовку всех категорий работников. Одним из ее важнейших направлений является создание условий для повышения эффективности, развития творческой активности и деловой инициативы персонала.

В 2015 г. среднесписочная численность персонала предприятия составила 5 098 человек. Средний возраст работающих - 42 года.

Для формирования кадрового резерва активно применяются ротации и стажировки специалистов и руководителей. Регулярно проводятся конкурсы профессионального мастерства, которые позволяют выявлять перспективных инженерно-технических работников.

Совершенствуется система материальной и нематериальной мотивации, позволяющая каждому сотруднику рассчитывать на карьерный рост, поощрение и вознаграждение, соответствующие уровню его подготовки и личному вкладу в деятельность компании.

Цех № 13, о котором идёт речь в данной работе, является одним из старейших цехов предприятия, день рождения завода исчисляется от того момента, когда в цехе № 13 был получен первый аммиак. Можно отметить такие основные вехи в жизни подразделения:

- 1966 год - начало пусковых операций агрегатов конверсии.

- 1966 год - получен первый аммиак.

- 1967 год - наращивание мощности до 290 тыс. тонн в год.

- 1970 год - ввод в эксплуатацию ВТКМ № 6 и 7.

- 1972 год - ввод в эксплуатацию ВТКМ № 8 и 9.

- 1973 год - присвоение знака качества жидкому аммиаку.

- 1994 год - производство аммиака 1-2 очередей было остановлено.

- 1996 год - в цеху № 13 открылось производство чистого водорода по технологии КЦА.

- 1998 год - на агрегатах ВТКМ № 8 и 9 внедрены котлы-утилизаторы.

- 1999 год - внедрение самоохлаждаемых горелок на ВТКМ.

- 2000 год - начало 1-го этапа эксплуатации (АСУ) агрегата ВТКМ № 8.

- 2000 год - ввод в эксплуатацию пункта наполнения баллонов газообразным аргоном.

- 2005 год - завершен проект расширения мощности КЦА до 40 000 нм3/час.

- 2010 год - окончательное внедрение АСУ на ВТКМ 8,9 и УПГ.

- 2011 год - выведен из эксплуатации СЖА-2.

- 2012 год - полное обновление ЦПУ.

- 2013 год - рекордный по выработке водорода в 34 000 нм3/час.

- 2014 год - демонтаж корпусов старого производства.

- 2015 год - пуск СЖА-2 для нового производства аммиака Линде-Азот-Тольятти (ЛАТ).

- 2016 год - перевод схемы обеспечения оборотной водой цеха № 13 по новой схеме от ВОЦ-1.

Как можно увидеть из вышеперечисленного, КуйбышевАзот является динамично развивающейся компанией. Постоянно расширяется ассортимент выпускаемой продукции, строятся новые производства и модернизируются существующие.

1.1 Описание организационной структуры цеха № 13

квалификация персонал организационный

В штате цеха числится 63 человека, из них 24 человека - это технологический персонал, от которого непосредственно зависит стабильная и безаварийная работа цеха и обеспечение завода водородом, который необходим для работы смежных цехов.

Рис. 3. Организационная структура цеха № 13

Водород на ОАО «КуйбышевАзот» используется в качестве сырья в производстве капролактама: в цехе № 38 - для получения гидроксиламинсульфата (ГАС) и в цехе № 22 - для получения циклогексана и циклогексанола в отделении гидрирования бензола и фенола. Также водород используется в производстве полиамида 6 в цехах № 77 и № 78 для очистки азота от кислорода; в цехе № 5 производства неконцентрированной азотной кислоты применяется для розжига контактных аппаратов; в цехе № 11 производства аммиака используется на стадии синтеза аммиака для восстановления катализаторов и гидрирования сернистых соединений; на производстве «Линде Азот Тольятти» - для восстановления катализаторов и гидрирования сернистых соединений. Водород в качестве сырья поставляется по трубопроводу в цеха АО «СИБУР Тольятти».

Рис. 4. Взаимосвязь цеха № 13 со смежными подразделениями предприятия

За 50 лет работы цеха № 13 было собрано достаточно большое количество информации, необходимой для проведения детального анализа и разбора ситуаций, которые приводили к неполадкам и нештатной работе на оборудовании. По каждому инциденту проводится разбор с выявлением причин и разработкой корректирующих действий, что в конечном итоге выражается в распоряжении по цеху или приказе по заводу.

Взаимосвязь подразделений предприятия очень тесная, от стабильной работы любого цеха зависит безаварийная работа смежных с ним производств. Сильный урон безопасной работе наносят аварийные ситуации. Если к плановым работам есть возможность подготовиться заблаговременно, то аварии случаются внезапно и при их локализации и ликвидации очень важны своевременные и грамотные действия технологического персонала, при этом зачастую страдает окружающая среда. На рисунке 5 показан залповый выброс в атмосферу большого количества окислов азота на производстве азотной кислоты. Этот инцидент произошёл летом 2016 года и имел широкий общественный резонанс в городе. Причина случившегося инцидента - сбой в обеспечении энергоресурсами цеха (падение напряжения на входе в цех азотной кислоты из-за короткого замыкания). В результате случившегося на предприятие был наложен штраф за превышение лимитов сброса окислов в воздушный бассейн города, т. к. был нанесён урон окружающей среде. Потери выработки товарной продукции от аварийного простоя цеха исчисляются миллионами рублей. Существенной особенностью произошедшего является то, что в данной ситуации вины цеха нет и избежать последствий негативного воздействия на окружающую среду невозможно по ряду технологических причин.

Рис. 5. Неполадки на производстве. Залповый выброс окислов азота в атмосферу

Технологическая цепочка производства водорода состоит из пяти основных стадий: обеспечение энергоресурсами, конверсия природного газа, насосное оборудование, узел подготовки газа, короткоцикловая адсорбция. Каждая из этих стадий тесно взаимосвязана с остальными и неполадки на любой из стадий процесса ведут к возникновению неполадок на смежных блоках. Укрупнённо технологическая цепочка показана на рисунке 6. Обеспечение производства сырьём и энергоресурсами входит в технологическую цепочку, но прямого воздействия на обеспечение цех не имеет и в основном зависит от сторонних поставщиков. Как показывает практика, при сбоях в обеспечении ресурсами, избежать остановок оборудования невозможно. Все силы прилагаются к минимизации последствий такой нештатной работы. Размер ущерба напрямую зависит от квалификации обслуживающего персонала. Зачастую одинаковые нештатные ситуации имеют разную степень тяжести последствий только из-за того, что персонал, находящийся на смене во время происшествия, имеет разную степень подготовленности.

Рис. 6. Принципиальная схема процесса получения водорода

Каждое из представленных на схеме 3 отделений имеет свою сложную структуру и задачи в общей цепочке производства.

1.2 Описание технологического процесса получения водорода

Технологический процесс конверсии метана состоит из 2-х стадий:

- высокотемпературной конверсии метана;

- среднетемпературной конверсии окиси углерода.

Процесс высокотемпературной конверсии метана происходит в конверторе метана под давлением до 3,0 МПа (30 кгс/см2) и представляет собой частичное (неполное) горение углеводородов природного газа с кислородом:

СН4 + 0,5О2 = СО + 2Н2 + 35,4 кДж (1.1)

Возможность проведения реакции в отсутствие катализатора обеспечивается высокой температурой горения, равной 1 250 ч 1 450 °С. Для осуществления автотермичности процесса при указанной температуре отношение кислород : метан несколько повышают по сравнению со стехиометрическим коэффициентом, равным 0,5; в результате этого в продуктах реакции появляются двуокись углерода и водяной пар.

В реальных условиях процесса могут протекать реакции полного и неполного горения, а также конверсия углеводородов с продуктами реакции, например:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 800 кДж (1.2)

СН4 + О2 = СО + Н2О + Н2 + 276,5 кДж (1.3)

СН4 + Н2О СО + 3Н2 - 207,7 кДж (1.4)

СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2 - 246,5 кДж (1.5)

СО + Н2О СО2 + Н2 + 41 кДж (1.6)

Высокий тепловой эффект реакций 1.2 и 1.3 обеспечивает достижение необходимой температуры процесса и компенсирует затраты тепла на эндотермические реакции 1.4 и 1.5.

Для уменьшения расхода кислорода и природного газа на реакцию полного горения 1.2 применяется предварительный подогрев природного газа.

Процесс высокотемпературной конверсии метана происходит в две стадии. На первой стадии весь кислород реагирует с метаном (формула 1.2) и далее на второй стадии по формулам 1.4 и 1.5.

При конверсии метана с паром происходит обратимая реакция (1.4), то есть для полноты протекания реакции есть два пути: повышение температуры или применение значительного избытка пара. Во втором случае будет протекать также реакция 1.6

Применение смеси окислителей позволяет достичь остаточного содержания метана в пределах 0,5% без значительного увеличения давления и температуры. Дальнейшее повышение этих показателей способствует полноте превращения реакции 1.1, но снижает механическую прочность аппаратуры. Из сказанного выше следует, что реакция 1.1 конверсии природного газа считается основной.

Состав конвертированного газа, полученного в условиях автотермического процесса при заданной температуре, определяется исходя из равновесия независимых реакций 1.4, 1.6 и реакции 1.7.

2СО С + СО2 + 172,6 кДж (1.7)

В полученном газе кроме вышеперечисленных компонентов содержится также незначительное количество метана, инертных газов азота и аргона в количестве, внесенном исходными газами. В качестве микропримесей в конвертированном газе могут быть окислы азота и следы этилена.

В зависимости от смешения исходных компонентов и температуры в реакционной зоне процесс высокотемпературной конверсии может протекать с образованием сажи в конвертированном газе.

Следует отметить, что реакции конверсии составляющих природного газа

С2Н6 + О2 = 2СО + 3Н2 + 922 кДж (1.8)

С3Н8 + ЅО2 = 3СО + 4Н2 +2 20 кДж (1.9)

идут с гораздо более значительным выделением тепла. Отсюда следует, что при более высоких значениях ?С (суммы углеводородов), то есть при меньшем процентном содержании метана в исходном газе («тяжелый газ»), требуется и больший расход кислорода.

Реакция 1.7 описывает процесс образования свободного углерода (сажи). Для уменьшения образования сажи в процессе высокотемпературной конверсии природного газа применяется подача водяного пара в зону реакции. При этом протекают реакции:

С + Н2О СО + Н2 - 119 кДж (1.10)

С + 2Н2О СО2 + 2Н2 - 75,4 кДж (1.11)

При сумме углеводородов в природном газе равном или меньшем единице, разрешается работа агрегата без подачи пара в природный газ.

Процесс конверсии окиси углерода с водяным паром протекает на железохромовом катализаторе по реакции 1.6.

Эта реакция является конечной стадией неполного горения углеводородов. В полученном газе кроме СО2, Н2, СО, Н2О в незначительных количествах содержатся метан, азот и аргон.

Реакция конверсии окиси углерода протекает при подогреве исходных компонентов до температуры не менее 320 °С, в интервале температур 400 ч5 20 °С. Для предупреждения перегревания и спекания катализатора процесс проводится в две ступени с промежуточным отводом тепла.

Реакция конверсии окиси углерода протекает без изменения объема, следовательно, увеличение давления не оказывает влияния на равновесный состав конвертированного газа, но увеличивает скорость протекания реакции. Понижение температуры смещает равновесие реакции 1.6 вправо, т. е. в сторону образования водорода и двуокиси углерода. Одновременно с этим понижение температуры приводит к снижению скорости реакции и снижению активности катализатора конверсии СО, что приводит к уменьшению образования водорода, поэтому для достижения максимального выхода водорода необходимо поддерживать оптимальную температуру процесса с контролем содержания CO в конвертированном газе после конверсии окиси углерода.

При недостаточном содержании пара или высокой температуре в конверторе окиси углерода может протекать реакция 1.7 с выделением свободного углерода.

Полностью технологическая схема получения КГ как сырья при производстве водорода методом КЦА представлена на схеме 4.

Рис. 7. Технологическая схема агрегата ВТКМ

Природный газ по трубопроводу поступает в цех из общезаводского коллектора с давлением 4,3 ч 5,5 МПа и подаётся на подогреватели природного газа поз. 151 агрегатов ВТКМ № 8, 9.

В подогревателе поз. 151 природный газ нагревается паром Р-0,5 МПа до температуры не менее 130 °С

После поз. 151 природный газ через клапан поступает в трубное пространство газового подогревателя поз. 163. Благодаря теплу конвертированного газа, проходящему по межтрубной части после первой ступени конвертора окиси углерода (КСО), природный газ нагревается до температуры 400 °С.

Из подогревателя поз. 163 природный газ подается в горелку конвертора метана, установленную на верхнем штуцере конвертора.

Схемой предусмотрена возможность работы без подогрева природного газа в подогревателе поз. 163. В этом случае подогреватели поз. 163 ВТКМ № 8, 9 отключаются по природному газу; природный газ подается в агрегаты по монтируемой перемычке, минуя подогреватели поз. 163.

Для уменьшения образования свободного углерода (сажи) в конверторе метана в линию природного газа (далее - ПГ), перед горелкой подается пар с давлением до 3,9 МПа, в количестве 100 ч 400 кг на 1000 м3.

Параллельно ПГ на горелку подается кислород с давлением до 34 кгс/см2 из цеха № 10. Количество подаваемого кислорода регулируется клапаном регулятора расхода в зависимости от температуры в реакционной зоне конвертора метана и содержания остаточного метана в КГ после конвертора метана. При снижении расходов ПГ и/или кислорода до 2 500 нм3/час происходит автоматическая остановка агрегата ВТКМ по блокировке «минимальный расход» во избежание прогара горелки конвертора метана.

Горячая парогазовая смесь и кислород подаются в конвертор метана через горелку. Горелка конвертора метана представляет собой устройство для подачи в конвертор метана ПГ и кислорода. Донышко горелки охлаждается потоками ПГ и кислорода. После прекращения потоков ПГ и кислорода во время остановки агрегата на охлаждение донышка в горелку подается азот 4 МПа в линию кислорода с расходом до 400 нм3/час и небольшое количество азота подается в линию ПГ.

Процесс конверсии углеводородов происходит при температуре 1 250 ч 1 450 °С в свободном объеме конвертора метана поз. 103. Замер температуры в реакционной зоне производится двумя термопарами. При достижении температуры в реакционной зоне конвертора метана максимального значения 1 550 °С и минимального значения 950 °С происходит автоматическая остановка агрегата по блокировкам максимальной и минимальной температур, так как при температуре в реакционной зоне конвертора метана выше 1 550 °С происходит разрушение внутренней футеровки конвертора, возникает опасность проскока кислорода в систему КГ и водорода, что приводит к образованию взрывоопасной смеси; при снижении температуры до 1 000 °С в реакционной части происходит значительное выделение свободного углерода, что может привести к выводу из строя катализатора конверсии окиси углерода.

Конвертор метана внутри футерован огнеупорным и термоизоляционным кирпичом с целью уменьшения теплопотерь и для защиты металла аппарата от непосредственного воздействия раскаленного газа, имеет внутреннюю пароводяную рубашку для защиты стенок конвертора от перегрева.

КГ из реакционной зоны конвертора метана проходит трубу Вентури, в которую в избытке подается конденсат. В трубе Вентури происходит охлаждение газа и насыщение его парами воды за счет испарения конденсата. Неиспарившимся конденсатом частично улавливается сажа, образующаяся в процессе конверсии.

Далее КГ поступает в циклон-сепаратор поз. 136, где происходит отделение от газа содержащегося в нем загрязненного сажей конденсата. Затем КГ проходит последовательно промыватели Вентури и циклоны-сепараторы в следующем порядке: поз. 137, 138, 139, 140, где газ окончательно отмывается от сажи.

В целях исключения заброса сажевого конденсата из поз. 140 в систему конверсии СО при завышении уровня, параллельно регулирующему клапану Р-105 установлен регулирующий клапан Р-105а. При завышении уровня конденсата в поз. 140 выше допустимого значения (60%), клапан Р-105а автоматически открывается и производит слив конденсата из поз. 140. Кроме этого программным обеспечением ведения технологического процесса снижается подача конденсата в поз. 137, 139 до 2 м3/час на все время завышения уровня в аппарате поз. 140.

Циклоны-сепараторы поз. 136, 138, 140 по своему устройству аналогичны и представляют собой цилиндрический аппарат с тангенциальным вводом газа. Благодаря этому газоконденсатная смесь приобретает в аппарате вращательное движение. Конденсат под действием центробежной силы увлекается к стенкам аппарата и по ним стекает в нижнюю часть аппарата. Освобожденная от капельной влаги парогазовая смесь направляется в выходной штуцер, расположенный в верхней части аппарата.

Из циклона-сепаратора поз. 140, с температурой до 220 °С, конвертированный газ направляется в межтрубное пространство теплообменника поз. 105, представляющего собой вертикальный аппарат кожухотрубного типа. В межтрубной части теплообменника поз. 105 КГ нагревается до температуры не менее 320 °С за счет тепла газа, выходящего из конвертора окиси углерода (СО) поз. 107, и поступает в первую ступень конвертора окиси углерода поз. 107. КГ проходит снизу вверх по кольцевому зазору первой ступени, далее сверху вниз через катализатор и испаритель.

Для отключения конверсии метана от конверсии СО установлена разделяющая задвижка и отсекатель ОТ-103-3.

Температура КГ на выходе из первой ступени конвертора СО регулируется впрыском питательной воды, подаваемой из цеха № 5, в испаритель через регулирующий клапан Р-103 в количестве до 2,0 мі/ч. После первой ступени КГ с температурой 325 ч 470 °С (8, 9-TIRAhl-104-11) поступает в подогреватель природного газа поз. 163, где охлаждается, нагревая ПГ.

Из подогревателя поз. 163 КГ направляется во вторую ступень конвертора СО с температурой не менее 325 °С. Газ входит сверху, распределяется равномерно над поверхностью катализатора с помощью распределительного кольца, проходит через слой катализатора и выходит из конвертора СО с температурой 365 ч 430 °С.

Из конвертора СО КГ направляется в трубное пространство теплообменника поз. 105, где охлаждается до температуры не более 275 °С, отдавая тепло конвертированному газу, идущему на первую ступень конвертора СО.

Конвертор СО состоит из двух ступеней. Первая ступень состоит из корпуса, представляющего собой вертикальный цилиндрический аппарат. Внутри корпуса помещен защитный стакан, в котором расположены три полки.

На первой полке засыпан катализатор слоем высотой 1 100 мм, поверх которого засыпан инертный слой высотой 200 мм. Инертный слой предназначен для защиты катализатора от сажи. Поверх инертного слоя засыпаны металлические кольца Рашига слоем высотой 150 мм, предназначенные для равномерного распределения потока конгаза по катализатору. Вторая полка засыпана железохромовым катализатором высотой 1 300 мм, поверх которого имеется слой металлических колец Рашига. Третья полка - испаритель. Она засыпана металлическими кольцами Рашига слоем высотой 400 мм, на поверхности которых происходит испарение питательной воды, впрыскиваемой через форсунки.

Вторая ступень конвертора СО представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с размещением внутри него катализатора на одной полке. Высота засыпки катализатора 2 450 мм, поверх катализатора засыпан инертный слой высотой 150 мм и кольца Рашига слоем высотой 150 мм.

Для дальнейшего использования тепла КГ после теплообменника поз. 105 поступает в котел-утилизатор поз. 108, где охлаждается до температуры не более 175 °С испаряющейся деаэрированной обессоленной водой. Деаэрированная обессоленная вода поступает из цеха № 5 после деаэрационной установки и подается в котел-утилизатор через клапан Р-108. Из деаэрированной обессоленной воды в котле-утилизаторе образуется пар с давлением 0,5 МПа, который выдается в цех № 9 для общезаводских нужд и частично используется на собственные нужды цеха - подогрев ПГ в теплообменнике поз. 151, разогрев катализатора конверторов СО.

Непрерывная и периодическая продувка с котлов-утилизаторов направляется в расширитель поз. 125 ВТКМ № 9, где разбавляется речной или оборотной водой и, далее, сбрасывается в коллектор сажевых стоков.

Окончательное охлаждение КГ происходит оборотной водой в конденсаторах парогазовой смеси поз. 160, на выходе из которых на линии отработанной оборотной воды имеется байпасный регулирующий клапан Р-160, который регулирует количество оборотной воды на выходе из поз. 160 в зависимости от ее температуры.

Элемент поз. 160 конструктивно представляет собой двуходовой по трубному пространству аппарат с плавающей головкой. По трубному пространству проходит оборотная вода, по межтрубному - КГ. КГ и конденсат из конденсатора поз. 160 поступают в циклон-сепаратор поз. 161, где происходит отделение сконденсированных водяных паров от газа. Устройство циклона-сепаратора поз. 161 аналогично устройству аппаратов поз. 136, 138, 140.

Из аппарата поз. 161 КГ с температурой 25 ч 40 °С направляется в коллектор КГ и далее на узел подготовки газа (УПГ)

Описание отделения насосных установок

Из бака поз. 118-2 конденсат поступает на всас насосов поз. 120. После насосов конденсат с давлением 35 ч 40 кгс/см2 подается в общий коллектор.

Схемой предусмотрена возможность подачи конденсата от насосов поз. 120 в коллектор деаэрированной обессоленной воды для питания котлов-утилизаторов поз. 108 агрегатов. ВТКМ № 8, 9, а также предусмотрена возможность подачи конденсата в коллектор питательной воды для подачи в баки поз. 106 и в испарители в поз. 107.

В буферную емкость поз. 145 сливается конденсат из циклонов-сепараторов поз. 138, 140 агрегатов конверсии через регулирующие клапаны и из поз. 136. Конденсат имеет температуру до 200 °С, содержит сажу во взвешенном состоянии и растворенные газы СО, СО2. В поз. 145 поддерживается давление конгазом в пределах 2,4 ч 2,6 МПа, который подаётся в ёмкость регулирующим клапаном Р-168-2 из коллектора конвертированного газа, поступающего на узел подготовки газа после агрегатов конверсии. При росте давления клапан Р-168-2 закрывается и часть конгаза через клапан Р-168-1 сбрасывается на пусковой факел или в поз. 162.

Конденсат из поз. 145 поступает на всас насосов поз. 115. После насосов поз. 115 конденсат с давлением 3,4 ч 3,6 МПа подается на агрегаты ВТКМ в трубы Вентури. При снижении давления в коллекторе нагнетания насосов поз. 115 до 3,0 МПа автоматически включается насос поз. 115, находящийся на самозапуске.

Для исключения накопления сажи часть конденсата из поз. 145 в количестве не более 6 м3/час подается в холодильник поз. 9, где сажевый конденсат охлаждается в трубной части теплообменника до 70 °С, нагревая при этом конденсат в межтрубной части от насосов поз. 116 до 90 °С, который через регулирующие клапаны подается на агрегаты конверсии для очистки конвертированного газа от сажи в промывателях Вентури поз. 137, 139.

Далее сажевый конденсат через регулирующий клапан Р-9 поступает в теплообменник поз. 9/1, где охлаждается оборотной водой до 40 °С и подается в расширитель поз. 144 и через гидрозатвор поз. 167 поступает в коллектор химгрязных стоков в корп. 327 цеха № 9.

При сливе конденсата из поз. 138, 140, 161 в поз. 144, конденсат охлаждается разбавлением оборотной или речной водой через регулирующий клапан Р-166 до температуры 40 0С и сливается в коллектор химгрязных стоков.

В буферную емкость поз. 162 сливается конденсат из циклонов-сепараторов поз. 161 через клапаны с агрегатов конверсии. Температура конденсата до 45 °С. Также схемой предусмотрен слив конденсата с УПГ из поз. V-101-2.

Давление в поз. 162 поддерживается конгазом в пределах 2,2 ч 2,4 МПа, который подаётся в ёмкость регулирующим клапаном Р-167-1 из коллектора конвертированного газа, поступающего на установку подготовки газа после агрегатов конверсии или подачей конгаза из поз. 145 по перемычке через регулирующий клапан. Из поз. 162 конденсат поступает на всас насосов поз. 116. С нагнетания насосов конденсат с давлением 32 ч 34 кгс/см2 подается в теплообменник поз. 9, где нагревается до 90 оС сажевым конденсатом из поз.145. При снижении уровня в поз. 162 до 10% для исключения прорыва газа в насосное помещение через сальниковое уплотнение насосов поз. 116 предусмотрена блокировка LIRCAShl-164 на остановку насосов поз. 116 с одновременным закрытием клапана Р-167-1 на линии подачи конгаза в поз. 162 и открытие клапана Р-167-2 на линии сброса конгаза из поз. 162 на факел.

При остановке и пуске агрегатов ВТКМ, а также в аварийных ситуациях слив конденсата из циклона-сепаратора поз. 161 переводится из поз. 162 в расширитель поз. 144 и далее в коллектор сажевых стоков. Технологическая схема узла подготовки конвертированного газа показана на рис. 8.



Рис. 8. Технологическая схема УПГ

Узел подготовки КГ предназначен для охлаждения КГ и удаления из него сконденсированной влаги перед подачей на установку получения водорода методом короткоцикловой адсорбции (КЦА).

КГ после агрегатов конверсии с температурой 15 ч 40 С и с давлением до 2,7 МПа (27 кгс/см2) поступает в межтрубное пространство теплообменника поз. 301, где охлаждается обратным потоком КГ, идущего по трубной части из аммиачного испарителя поз. 302, при этом происходит частичная конденсация влаги из газа. Далее газ поступает в межтрубное пространство испарителя поз. 302, где охлаждается до температуры 8 ч 10 °С за счет испарения жидкого аммиака в трубном пространстве испарителя поз. 302.

После аммиачного испарителя КГ поступает в циклон-сепаратор поз. V-101-2, где происходит отделение сконденсированной влаги от газа. После отделения влаги конвертированный газ поступает в трубное пространство теплообменника поз. 301 и с температурой 15 ч 40 °С через регулирующий клапан FV-101 поступает на установку КЦА. При росте давления конвертированного газа перед УПГ более 2,65 МПа часть газа через регулятор давления клапаном PV-101 сбрасывается на пусковой факел.

Конденсат из сепаратора V-101-2 сливается в буферную ёмкость поз. 162 или в дренажную ёмкость поз. 144. При достижении уровня конденсата в поз. V-101-2 80 % срабатывает блокировка LIRCАSh-004 на остановку КЦА.

Требуемая температура конвертированного газа после испарителя поз. 302 достигается:

- поддержанием давления аммиака в испарителях 0,426 ч 0,466 МПа ;

- поддержанием уровня жидкого аммиака в испарителе 20 ч 80 %.

Газообразный аммиак из испарителя поз. Т-302 выдается в заводскую сеть газообразного аммиака.

Для эффективной работы испарителя аммиака поз. 302 схемой предусмотрено периодическое удаление накапливающейся влаги, масла, взвешенных веществ и др. по линии выдачи флегмы (вентиль Ф-1) на установку получения аммиачной воды в корп. 460.

На выходе газообразного аммиака из испарителя установлен предохранительный клапан. Во избежание выброса жидкого аммиака в атмосферу при срабатывании предохранительного клапана на линии сброса установлен сепаратор поз. С-1, оснащенный сигнализатором уровня LIRAh-006.

Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА) с получением водорода показана на схеме.



Рис. 9. Технологическая схема КЦА

Процесс адсорбции переменного давления основан на физическом явлении адсорбции, при котором соединения с низкой полярностью молекул типа водорода или гелия практически не адсорбируются по сравнению с такими соединениями, как СО2, СО, N2 и углеводороды. Это дает возможность селективного поглощения большинства загрязняющих примесей из водородосодержащего газа и получения водорода высокой степени чистоты.

Сорбционная способность зависит от температуры и давления. С повышением давления сорбционная способность повышается, с понижением давления она понижается. Температура имеет обратный эффект - при повышенной температуре сорбционная способность ниже, чем при пониженной температуре. В процессе короткоцикловой адсорбции изменение температуры происходит только за счет теплоты адсорбции.

Извлечение водорода из конвертированного газа на установке КЦА производится на адсорбенте фирмы «Линде».

В состав установки входит ряд адсорберов, которые циклично переводятся в режимы адсорбции и регенерации.

Сама стадия регенерации представляет собой цепочку из фаз:

- понижение давления;

- десорбции;

- продувки адсорбента чистым водородом (удаления загрязнителей из адсорбента при давлении остаточного газа);

- повышения давления до давления адсорбции.

Исходный газ (конвертированный газ после агрегатов конверсии) с температурой 15 ч 40 °С через регулирующий клапан FV-101 в количестве не более 68 989 нм3/час с давлением до 2,7 МПа, пройдя установку подготовки газа, подаётся в аппараты установки короткоцикловой адсорбции. Исходный газ поступает в адсорберы, которые находятся в режиме адсорбции. Газ проходит через адсорбер снизу вверх. Загрязнители селективно адсорбируются в следующей последовательности: вода, легкие углеводороды, CО2, СО, азот в порядке снизу вверх. Водород высокой степени чистоты выходит из адсорберов в коллектор готового продукта.

Расход водорода (до 40 020 нм3/час) на выходе с установки КЦА замеряется прибором FIR-102, давление в системе адсорбции регулируется автоматически клапаном PV-102. При завышении давления часть водорода сбрасывается на пусковой факел через регулирующий клапан PV-103. Сбросной газ поступает в буферы поз. V102, V103, где происходит выравнивание состава и давления. Далее, газ усреднённого состава с давлением 0,01 ч 0,15 Мпа (0,1 ч 1,5 кгс/см2) и температурой до 35 °С в количестве до 28 968 нм3/час поступает на сжигание в котельную установку цеха № 40.

При прекращении потребления сбросного газа цехом № 40 или завышении давления в коллекторе газ сбрасывается через регулирующий клапан РV-108 на факельную установку сбросного газа (корпус 464).

Каждый адсорбер рассчитан на адсорбцию определенного количества загрязнителей за рабочий цикл. При изменении расхода подаваемого исходного газа, давления и температуры, время насыщения адсорбера изменяется по сравнению с величиной при работе установки в оптимальных условиях. Оптимизация продолжительности рабочего цикла в зависимости от насыщения адсорберов выполняется автоматически. При поступлении сигнала о расходе исходного газа компьютерная система управления регулирует все внутренние потоки так, чтобы установка все время работала в оптимальном режиме.

Установка КЦА управляется компьютерной системой управления. Управляющая программа обеспечивает эффективный цикл процесса.

Система управления способна:

- безопасно вести процесс и управлять всеми переключающимися и управляющимися клапанами в соответствии с последовательностью их срабатывания в технологическом цикле;

- поддерживать постоянное давление водорода во всех внутренних процессах самой установки;

- обеспечивать высокий выход водорода за счет оптимизации процесса выравнивания давления и продувки;

- поддерживать заданное значение давления сбросного газа;

- изменять время адсорбции в зависимости от содержания СО в продуктовом водороде (СО не более 2 ppm) и при изменении количества работающих адсорберов.

Протекание процесса короткоцикловой адсорбции обеспечивается программным обеспечением. Система управления ПЛК S7-400 с одной станцией управления (персональный компьютер) является цифровой системой автоматизации технологических процессов для полного управления и контроля работы установки КЦА:

- ПЛК, который выполняет непрерывное регулирование и управление последовательностью технологического процесса КЦА, включая связь с системой безопасности ESD КЦА и с внешними системами;

- персональный компьютер как станция управления, которая является операторским интерфейсом к ПЛК. Станция управления обеспечивает управление технологическим процессом и регистрацию технологических параметров.

В пакет программного обеспечения включен модуль последовательной диагностики КЦА, помогающий определить нарушения технологического процесса. На математической модели процесса для каждой стадии работы рассчитывается ожидаемый график изменения давления. Сравнение этого графика с реальным графиком изменения давления используется для оперативного анализа динамики процесса с целью распознания отдельных отклонений и ошибок. Результаты анализа сохраняются в модуле контроля.

Установка работает в режиме полностью автоматического управления, пока не будет выдана команда STOP или не будет обнаружено состояние взаимоблокировки процессом. Диагностирование взаимоблокировки вызывает немедленный переход установки в защищенное состояние STOP (стоп).

Всё вышеописанное - это лишь небольшая часть того, что необходимо знать людям, которые ведут технологический режим, но и этого достаточно, чтобы в полной мере понять всю сложность технологического процесса, взаимосвязь между стадиями и высокую степень ответственности технологического персонала за стабильную, безаварийную работу.

2. Практическое решение по устранению причины аварийных остановок

Зная технологию производства и имея архивы по аварийным ситуациям, автором ВКР был проведён анализ неполадок для определения узких мест в работе подразделения и разработки корректирующих мероприятий. Для анализа аварийности по стадиям процесса был взят период в 10 лет. За этот срок имеется полная и достоверная база данных, с разбором действий персонала и определением причин нештатной работы оборудования. Каждый инцидент подвергался тщательному разбору. Для разбора ситуации используют все доступные носители информации о течение процесса. Тренды режима с компьютерных станций, рапорты аппаратчиков, объяснительные записки. Результат расследования отражается в приказах либо распоряжениях по заводу. Далее в качестве примера, как это происходит, приведена выдержка из констатирующей части распоряжения по цеху № 108 от 24.12.2015: «…В дневную смену 22.12.15. агрегат ВТКМ-8 в 8:00 был остановлен для устранения дефектов, в 16:40 конвертированный газ с ВТКМ-8 был подан на УПГ.

В 17:07 агрегат ВТКМ-9 аварийно остановился по блокировке LIRCASh-161. Аварийной остановке агрегата предшествовало следующее. После пуска ВТКМ-8, для приведения агрегата к нормальной работе оставалось выполнить перевод сливов с позиций 136/8,138/8,140/8 в позицию 145 и с позиции 161/8 в позицию 162.

Начальник смены, не убедившись в наличии уровней в ёмкостях поз. 136/8,138/8,140/8,161/8, дал указание старшему аппаратчику на перевод сливов по нормальной схеме. Старший аппаратчик, также не проверив состояние уровней в ёмкостях пошёл в насосную переводить сливы. Фактически, на этот момент ёмкость поз.161 была пустая. Через 5 минут сработал самозапуск насоса поз.120/6. Начальник смены по телефону позвонил аппаратчику и сообщил ему об этом, повторно дал команду на перевод сливов, т.к. за это время аппаратчик к операции по переводу сливов ещё не приступил. Когда старший аппаратчик перевёл слив с позиции 161/8 в позицию 162, агрегат ВТКМ-9 отсёкся по блокировке LIRCASh-161.

Это произошло по причине того, что ёмкость поз 161/8 была пустая (уровень был 1%) и при переводе в позицию 162 туда пошёл конвертированный газ, тем самым «загозавав» ёмкость поз 162. Это привело к резкому росту давления в ёмкости поз 162 и, как следствие, перестал сливаться конденсат с поз 161/9. Уровень в поз.161/9 резко вырос до блокировочного значения, и произошла отсечка агрегата ВТКМ-9…». Из этой выдержки хорошо понятно, что самое пристальное внимание обращается на действия персонала.

За десятилетний период было 112 сбоев в работе оборудования, которые привели к остановкам производства по различным причинам. Для начала определим самую аварийноопасную стадию в производстве. Для этого необходимо посчитать количество неполадок, которые приходятся на каждое отделение процесса получения водорода за десятилетний период.

Рис. 10. Неполадки по стадиям процесса

По приведённым данным хорошо видно, что из всех стадий технологического процесса наиболее подвержена остановкам стадия ВТКМ, на эту стадию приходится 88 остановок из 112 или 98 % всех аварийных ситуаций на производстве.

Определившись со слабым местом в стадиях производства, для дальнейшей работы важно выяснить причины, по которым могут происходить сбои в работе и определить самую повторяющуюся. Как показывает практика, основными причинами остановок стадий процесса могут быть: ошибочные действия технологического персонала, неполадки в работе оборудования, сбои в обеспечении энергоресурсами. Некоторая часть простоев оборудования является плановой, например, для проведения капитального ремонта или текущего устранения дефектов. Присутствует часть аварийных остановок из-за ошибок персонала при подготовке оборудования к плановым ремонтам. На диаграмме 1 отражено соотношение частных причин неполадок, которые приводят к остановкам оборудования, в общем количестве остановок.

...