Техническое перевооружение процесса приготовления магнезиальной добавки

Размещено на http://www.allbest.ru/

КЕМЕРОВСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «АЗОТ»

ЦСО КИП №1

Техническое перевооружение процесса приготовления магнезиальной добавки

Секция: автоматизация

Выполнил:

Скибин В.Г.

Слесарь КИПиА

Куратор:

Сотников В.Д.

Начальник участка КИПиА

КЕМЕРОВО

2017

Оглавление

Введение

1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1 Описание и анализ объекта автоматизации

1.2 Характеристика готовой продукции

1.3 Область применения

1.4 Описание технологической схемы

2. КЛЮЧЕВАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ

3. ОЖИДАЕМЫЙ ЭФЕКТ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Автоматизация производства является одной из основных составляющих ускорения научно-технического прогресса химической промышленности. Последние годы характеризуются стремительным развитием автоматизации в этой отрасли совместно с активным развитием ее технических средств.

Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к использованию передовой технологии, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действующего, так и проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери. Все это возможно только при условии существенного повышения качества управления промышленными объектами.

Объектом автоматизации в данном проекте является участок производства раствора нитрата магния в отделении №3 цеха №13, корпус 749. Точность контроля параметров технологического режима и качество управления процессом во многом определяется используемыми техническими средствами автоматизации, многие из которых физически и морально устарели и не в полной мере соответствуют современным требованиям к эффективности производственного процесса получения раствора нитрата магния, а в некоторых частях производства и вовсе отсутствует система автоматизации технологическими процессами.

Исходя из этого, возникла необходимость модернизации системы управления технологическим процессом производства раствора нитрата магния на базе современных методов управления и технических средств автоматизации, имеющих более высокие показатели точности, надежности и качества управления.

Внедрив усовершенствованные СИ и СА можно достичь следующего эффекта:

· увеличиваем надежность средств КИПиА, улучшается качество продукции, увеличивается срок службы технологического оборудования, применяемого на данном участке;

· Удобство в эксплуатации и обслуживании, облегчает труд технологического персонала;

· Увеличится точность измерения технологических параметров, точность дозирования порошка за счет снижения погрешности приборов;

· Уменьшится количество отказов средств КИПиА, а соответственно и простой технологического оборудования.

Целью данной работы является показать один из способов автоматизации на стадии приготовления нефильтрованного раствора нитрата магния, где существенно упрощается работа персонала путем практически полного исключения человеческого фактора из процесса.

1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1 Описание и анализ объекта автоматизации

Объектом автоматизации является участок производства раствора нитрата магния (Рисунок 1).

Наименование производства: Получения магнезиальной добавки.

Год ввода в эксплуатацию установки получения магнезиальной добавки - 1999 год.

Проектная мощность отделения 31200 т/год нитрата магния с массовой долей 35% на 650 тыс. т/г аммиачной селитры.

В 2001 г. достигнутая мощность 37440 т/год нитрата магния с массовой долей 35% на 780 тыс. т/г аммиачной селитры.

Количество технологических линий - одна.

Проектное количество суток работы отделения - 330 или 7920 часов в год.

Метод производства основан на разложении каустического магнезита разбавленной азотной кислотой с последующей нейтрализацией раствором аммиачной селитры с аммиаком. Фильтрация раствора.

Разложение магнезита - периодический, до 8 операций в сутки.

Фильтрация раствора нитрата магния - непрерывный.

Предприятия выполнившие проект:

Строительство объекта:

Проектное управление КОАО «Азот» г. Кемерово объект № 98-107-00.

Технология усовершенствована центральной лабораторией КОАО Азот по рационализаторскому предложению №22 от 22.12.1997г.

В 1998 году проектным управлением КОАО "Азот" г. Кемерово выполнен проект приготовления нейтрализующего раствора аммиака и аммиачной селитры и охлаждения парового конденсата, используемых при производстве магнезиальной добавки.

В 2001 г. произведена модернизация установки получения магнезиальной добавки в соответствии с проектом № 428-01-749.

Настоящий регламент выполнен в соответствии положению о технологических регламентах производства продукции на предприятиях химического комплекса.

В состав установки получения магнезиальной добавки входят следующие корпуса:

- Склад магнезита, корп. 790;

- Получение раствора нитрата магния корп.749;

- Получение нейтрализующего раствора аммиака и аммиачной селитры корп.751;

- ЦПУ корп.751.

Рисунок 1 - Принципиальная схема технологического процесса получения магнезиальной добавки

1.2 Характеристика готовой продукции

Наименование продукта	Регламентируемые показатели	Примечание
Магнезиальная добавка (раствор нитрата магния)	1.Массовая доля, %: - свободного аммиака; - суммы Mg(NO3)2 и Ca(NO3)2 в пересчете на MgO; - NH4NO3;	н/б 0,2 (7,9-9,2) н/б 3,0
	2. Показатель активности ионов водорода, ед. рН.	(6,5-7,5)
	3. Массовая концентрация взвешенных веществ, мг/дм3	н/б 200
	4.Плотность, г/см3	(1,27-1,33)

Молекулярная формула - Mg(NO3)2

Магнезиальная добавка (раствор нитрата магния).

Раствор нитрата магния выпускается согласно техническим требованиям настоящего регламента.

Нитрат магния легко растворим в воде, жидком аммиаке, этиловом спирте, пиридине.

1.3 Область применения

Раствор нитрата магния (магнезиальная добавка) применяют в технологическом процессе производства аммиачной селитры. Водный раствор нитрата магния, вводят в раствор аммиачной селитры, поступающий на упаривание. Обезвоженный нитрат магния, находясь в гранулах аммиачной селитры, связывает оставшуюся в плаве аммиачной селитры свободную влагу в химические соединения. Получается безводная аммиачная селитра.

Применение магнезиальной добавки значительно улучшает физико-химические свойства аммиачной селитры (время хранения в полипропиленовых мешках без потери сыпучести составляет (6-9) месяцев, при перевозке насыпью железнодорожным транспортом также сохраняет сыпучесть).

1.4 Описание технологической схемы

Порошок магнезита поступает на склад в железнодорожных цистернах, и с помощью пневмотранспорта разгружается в один из силосов поз. Х-3/1,2 объемом 57 м3 каждый. Порошок магнезита из силосов через шлюзовые питатели поз. Х-7/1,2) с помощью инжектора по пневмопроводу подается в один из бункеров поз. Х/5.1,2, расположенных в корп. 749.

При достижении заданной массы в бункерах (1750-2000) кг (WIASH 51) питатель автоматически отключается (SMA 51).

Азотная кислота поступает на установку из корп. 704 для приготовления кислоты требуемой концентрации (30-36) % массовой долей.

Концентрация поступающей кислоты регулируется при необходимости разбавлением промывной водой из емкости поз. Е-7 или оборотной водой.

Раствор кислоты готовится в сборнике поз. Е-4, куда предварительно наливают промывную воду из емкости поз. Е-7 до уровня не более 1780 мм.

До уровня не более 3990 мм в сборник наливают азотную кислоту с массовой долей не менее 30 %.

Раствор в сборнике перемешивается циркуляцией раствора насосом поз. Н-6/1,2 через опускную трубу с закручивающими элементами и подается в мерник азотной кислоты поз. Е-3 до перелива (обратно в сборник)

Из мерника Е-3 азотная кислота сливается в один из реакторов поз. Р-1/1,2, работающих поочередно, периодически.

Из бункера поз. Х-5 постепенно в реактор вводится расчетное количество - (1500-2000) кг (WIASн 51) порошка магнезита. Скорость подачи магнезита и масса заданной порции контролируется по показанию тензодатчика и по температуре в реакторе.

Скорость подачи магнезита (во избежание выброса раствора из реактора) соизмеряется с температурой раствора в реакторе, которая не должна превышать 80 С - в период основной загрузки, не более 90 С - при окончании загрузки; температура поддерживается подачей охлаждающей оборотной воды в рубашку реактора. Температура раствора в реакторе не более 90 С (ТRAН 51-1,2) постоянно контролируется на щите контроля; максимальная температура 90 С .

После завершения процесса растворения, определяется массовая доля нитрата магния.

При достижении необходимых результатов анализов, в реактор при постоянном перемешивании подается из мерника поз. Е-6/1,2 расчетное количество нейтрализующего раствора аммиачной селитры с массовой долей (20-30) % и аммиака с массовой долей (8-13) %.

Нейтрализующий раствор в мерник поз. Е-6/1,2 подается из бака поз. Е-13 (корп. 751).

Нейтрализованный раствор нитрата магния с рН (6,5-7,5) и температурой не более 75 С со взвешенным осадком нерастворившихся соединений из реакторов сливается в емкость нефильтрованного раствора поз. Е-2.

В емкость предусматривается также подача нейтрализующего раствора из мерника поз. Е-6/1,2 для донейтрализации.

Из емкости поз. Е-2 нефильтрованный раствор насосом поз. Н-3/1,2,3,4 подается в барабанный вакуум-фильтр поз. Ф-2/1,2,3 на фильтрацию; также предусматривается возможность циркуляции раствора насосом обратно в емкость.

Отфильтрованный раствор из ресивера и буферной емкости сливается в сборник поз. Е-5/1.

Раствор нитрата магния из емкости поз. Е-5/1, а также из буферных емкостей насосами поз. Н-5/1,2 перекачивается в резервные сборники раствора нитрата магния поз. Е-5/2,3 - для создания запаса готового продукта, или через барьерные фильтры поз. Ф-3/1,2 выдается в цех аммиачной селитры (корп. 775).

Из сборников поз. Е-5/2,3 раствор магнезиальной добавки (нитрата магния в пересчете на МgО (7,9-9,2) % масс. дол.), насосами поз. Н-7/1,2 через барьерные фильтры поз. Ф-3/1,2 также выдается на производство аммиачной селитры в корп. 775.

2. КЛЮЧЕВАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ

технологический нитрат магний автоматизация

Идея данной работы заключается в автоматизации одной из стадии процесса производства раствора нитрата магния, а именно приготовление нефильтрованного раствора нитрата магния.

На этой стадии технологического процесса имеется ряд недостатков:

- основное управление запорной аппаратуры осуществляется ручным способом;

- погрешность и задержка в показаниях контролируемых параметров на щите управления, из-за использования пневматических приборов;

- процесс периодического действия и среда склонная к налипанию, вследствие чего пьезоуровни часто уходят в отказ;

- так как управление дозированием осуществляется в ручную, есть вероятность ошибки при дозировании порошка магния в реактор;

- расположение запорной аппаратуры находится на разных отметках и так как в процессе присутствует ручное управление, то аппаратчику приходится постоянно перемещаться по отметкам, что занимает много времени и доставляет неудобство, ослабевает контроль над процессом;

- при добавлении порошка магния в азотную кислоту происходит реакция (выделение тепла, увеличение давления) и все показания выводятся на местный щит, который находится в другом помещении и при дозировании порошка аппаратчику постоянно приходится ходить в соседнее помещение и контролировать показания технологических параметров на щите;

- отсутствует визуальный контроль pH и концентрации азотной кислоты в растворе нитрата магния.

Исходя из вышеуказанного, предлагаю:

- на линии подачи азотной кислоты из мерника поз. Е-3 в реакторы Р-1/1,2 добавить отсечные клапаны (Masoneilan cерии 21000) с индикацией положения клапана на щите управления;

- на линии подачи нейтрализующего раствора из мерников поз. Е-6/1,2 в реакторы Р-1/1,2 добавить отсечные клапаны (Masoneilan cерии 21000) с индикацией положения клапана на щите управления;

- В сборнике азотной кислоты поз. Е-4 заменить пьезоуровень на уровнемер VEGACAL 66;

- В мернике азотной кислоты поз. Е-3 заменить пьезоуровень на уровнемер VEGACAL 66;

- В мерниках нейтрализующего раствора поз. Е -6/1,2 заменить пьезоуровени на уровнемеры VEGACAL 66;

- В реакторах поз. Р-1/1,2 заменить пьезоуровень на уровнемер VEGACAL 64 (предназначен для применения на сильно налипающих проводящих жидкостях);

- В емкости нефильтрованного раствора поз. Е-2 заменить пьезоуровень на уровнемер VEGACAL 64 (предназначен для применения на сильно налипающих проводящих жидкостях);

- В реакторах поз. Р-1/1,2 заменить пневматические преобразователи давления ДПП-2 на JUMO DTRANS p02;

- на линии подачи нефильтрованного раствора из реакторов Р-1/1,2 в емкость поз. Е-2 добавить отсечные клапаны (Masoneilan cерии 21000) с индикацией положения клапана на щите управления;

- на линии подачи порошка магнезита в бункеры поз. Х-5/1,2 установить распределитель потока с задвижкой фирмы DMN WESTINGHOUSE для управления подачи порошка между бункерами Х-5/1 или Х-5/2.

- для дозирования порошка магнезита из бункеров поз. Х-5/1,2 отказаться от ручного управления шаровых задвижек и поставить на их место Шлюзовой питатель фирмы DMN WESTINGHOUSE;

- в помещении местного щита управления, установить дополнительный щит для размещения приборов индикации и управления регулируемой аппаратуры;

- в помещении местного щита управления, установить дополнительный щит для размещения в нем блоков питания для работы первичных датчиков;

- на местном щите управления заменить пневматические вторичные приборы ПВ 10.2Э на электронные вторичные приборы РМТ-69L так как они более точные, надежнее и долговечнее;

- сигнализацию технологических параметров вывести с РМТ-69L на уже имеющиеся устройство аварийной сигнализации УАС-24М;

- на местном щите управления установить световую сигнальную аппаратуру индикации положения отсечных клапанов, ключи управления отсечными клапанами, питателями и распределителем потока;

- для работы уровнемеров VEGACAL в щите блоков питания установить устройства формирования сигнала VEGAMET 624;

- для работы преобразователя давления JUMO DTRANS р02 в щите блоков питания установить блок питания JUMO TN-45/02,025;

- Для визуального контроля pH и концентрации азотной кислоты внедрить «Систему контроля процесса приготовления магнезиальной добавки» фирмы ЭКОР.

Система контроля процесса приготовления магнезиальной добавки представляет собой комплекс устройств, обеспечивающий автоматический контроль процесса нейтрализации азотной кислоты магнезиальной добавкой.

Целью настоящей разработки является создание системы непрерывного и постоянного контроля (индикации) избыточной азотной кислоты и магнезиальной добавки в технологическом растворе следующего состава:

- азотная кислота - 0-35%;

- нитрат магния - 0-45%;

- вода - остальное.

Система предназначена для контроля содержания избыточной азотной кислоты, определения точки окончания нейтрализации, образования и выпадения в осадок гидроокиси железа с целью оптимизации процесса приготовления магнезиальной добавки.

Использование системы даёт возможность контролировать процесс приготовления магнезиальной добавки, наглядно представлять информацию о процессе, сохранять и просматривать историю процесса.

Поставка системы для двух аппаратов приготовления магнезиальной добавки включает:

- комплектацию системы одноплатным промышленным компьютером с платой ввода-вывода, двумя двухканальными потенциостатами и четырьмя датчиками концентрации (включая резервные);

- выдачу рабочей документации на узлы ввода датчиков;

- авторский надзор за монтажом узлов ввода датчиков;

- установку датчиков для системы, наладка системы;

- передачу технической документации на систему;

- выдачу инструкции по эксплуатации;

- обучение обслуживающего персонала;

- проведение гарантийных испытаний системы и сдача в эксплуатацию.

Гарантийный срок эксплуатации системы предприятием-изготовителем 1 год с момента ввода в эксплуатацию.

Предлагаемая система внедряется в течение 4 месяцев.

Контроль процесса приготовления магнезиальной добавки с помощью электрохимических методов

Расчеты и лабораторные исследования показали, что при нейтрализации 35%-ной азотной кислоты магнезиальной добавкой выпадение Fe(OH)3 в осадок происходит в результате смещения pH раствора от 2 до 6.3, причем практически 100%-е выпадение Fe(OH)3 в осадок происходит при pH более 6,0 (рис.2). При этом наблюдается зависимость тока окисления-восстановления от количества избыточной азотной кислоты в растворе, а также происходит скачок потенциала при окончании нейтрализации и выпадении осадка (рис.3), что позволяет осуществлять контроль процесса.



Рисунок 2 - Зависимость pH раствора и кол-ва выпавшего в осадок Fe(OH)3 от добавок Mg(OH)2 в водном растворе 40% Mg(NO3)2 с 0,03% Fe3+ при температуре 90°С

Рисунок 3 - Изменение значения тока на индикаторном электроде и потенциала оборудования во времени в зависимости от добавок MgO в 35% HNO3 при температуре 90°С и перемешивании.

- Для производства раствора нитрата магния и работы всего предлагаемого оборудования в автоматическом режиме предлагаю завязать систему автоматического управления через контроллеры ПЛК150 фирмы ОВЕН.

Рисунок 4 - Схема подключения и работы контроллера

Описание схемы работы контроллера

Допустим в реакторе поз. Р-1/1 нет раствора и уровень в реакторе поз. LIRA 52-1 показывает 0 мм, тогда котроллер подает управляющий сигнал открытия на отсечной клапан на линии подачи азотной кислоты из емкости поз. Е-3 в реактор поз. Р-1/1. Набираем азотную кислоту до уровня 1700 мм, далее контроллер подает сигнал отсечному клапану о закрытии. Системой контроля процесса приготовления магнезиальной добавки «ЭКОР» непрерывно измеряются показания массовой доли нитрата магния и остаточной кислотности раствора и подаются на контроллер. Если эти показания отличаются от необходимых нам по технологии (МО - (7,9 - 11)% и НNО3 - (1,10,4)%) и температура в реакторе поз.TRA 51-1 меньше или равно 40С, тогда контроллер подает управляющий сигнал на питатель подачи порошка магнезита из бункера поз. Х-5/1 в реактор поз. Р-1/1. Происходит реакция, повышается температура и давление в реакторе. Если температура в реакторе поз.TRA 51-1 достигла или превысила отметку 80С контроллер, подает сигнал останов питателя и далее считывает показания от системы контроля «ЭКОР» и температуры в реакторе. Как только, температура в реакторе упала до 40С, контроллер вновь включает питатель, и порошок магнезита снова поступает в реактор. После завершения процесса растворения и достижению показания массовой доли нитрата магния и остаточной кислотности раствора, контроллер подает управляющий сигнал открытия отсечного клапана на линии подачи слабого раствора аммиачной селитры из емкости поз. Е-6/1 в реактор поз. Р-1/1. Система контроля «ЭКОР» считывает показания pH раствора в реакторе и передает их на контроллер. По завершении процесса нейтрализации и достижении уровня pH (6,5-7,5) контроллер подает сигнал о закрытии на отсечной клапан. На этом система останавливается и ждет дальнейшего управления от оператора.Для оповещения оператора о конце операции вывести световой и звуковой сигналы на Устройство аварийной сигнализации УАС-24М. Оператор видит на мониторе системы контроля «ЭКОР» о завершении реакции и смотрит показания уровня в емкости Е-2 поз. LRAHL 53, если его удовлетворяют показания, он нажимает кнопку открытия клапана на линии раствора нитрата магния из реактора поз. Р-1/1 в емкость нефильтрованного раствора поз. Е-2 и сливает раствор из реактора. Контроллер считывает показания уровня в реакторе поз. LIRA 52-1 и по достижению уровня 0 мм подает сигнал о закрытии отсечного клапана на линии раствора нитрата магния из реактора поз. Р-1/1 в емкость нефильтрованного раствора поз. Е-2 и начинает весь процесс сначала. Параллельно ему второй контроллер управляет таким же процессом на ректоре поз. Р-1/2.

- Так же будет предусмотрено управление процессом, как в автоматическом режиме, так и полностью в ручном. При ошибке контроллера (сбой или зависание), сработает световая и звуковая сигнализация и оператор может перейти в ручной режим и продолжить процесс приготовления раствора нитрата магния в ручном режиме.

Рисунок 5 - Принципиальная схема технологического процесса получения магнезиальной добавки после технического перевооружения

3. ОЖИДАЕМЫЙ ЭФЕКТ

Несмотря на кажущуюся значительную стоимость современных средств измерений, и систем автоматизации, внедрив их, мы получаем:

- высокую точность измеряемых величин;

- высокую надежность;

- увеличивается срок службы технологического оборудования;

- понизим время отклика аппаратуры;

- увеличим качество выпускаемой продукции;

- облегчим работу обслуживающего персонала;

- повысится качество управления процессом;

- получим визуальный контроль pH и концентрации азотной кислоты;

- практически полностью исключим человеческий фактор в процессе приготовления раствора;

- внедрение «Системы контроля процесса приготовления магнезиальной добавки» позволит ежемесячно экономить до 1% порошка магнезита. Это примерно 27000 рублей в месяц или же 324000 рублей в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все оборудование легко встраивается в существующие системы управляемого технологического процесса, и, несмотря на высокую стоимость современных средств измерений, и систем автоматизации техническое перевооружение оборудования и его состояние, является важным фактором в современном производстве. Благодаря этому мы получаем важные благоприятные факторы: высокую надежность, точность и самое главное повышение качества выпускаемой продукции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Постоянный технологический регламент №106 по получению магнезиальной добавки в производстве аммиачной селитры по схеме ас-72 цеха №13

Размещено на Allbest.ru

...