Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Апреля 2011 в 13:56, курсовая работа
Технологическая схема процесса конверсии метана. Природный газ из заводского коллектора под давлением 1,2 МПа смешивается в соотношении 10:1 с азотоводородной смесью (АВС), поступающей из отделения синтеза аммиака и направляется далее в трубчатую печь 1 (рис. 9.1), где смесь газов подогревается дымовыми газами до ≈400 °С. Затем ее направляют в аппарат 2 гидрирования сероорганических соединений до сероводорода. Далее природный газ, очищенный от сероводорода, смешивают с водяным паром в соотношении пар:газ, равном 4.
Описание технологического процесса. 3
Выбор средств измерений, средств отображения информации и регуляторов 7
Расчетная часть 13
Список использованной литературы: 18
Оглавление
Описание технологического процесса.
Технологическая схема процесса конверсии метана. Природный газ из заводского коллектора под давлением 1,2 МПа смешивается в соотношении 10:1 с азотоводородной смесью (АВС), поступающей из отделения синтеза аммиака и направляется далее в трубчатую печь 1 (рис. 9.1), где смесь газов подогревается дымовыми газами до ≈400 °С. Затем ее направляют в аппарат 2 гидрирования сероорганических соединений до сероводорода. Далее природный газ, очищенный от сероводорода, смешивают с водяным паром в соотношении пар:газ, равном 4.
Полученную парогазовую смесь направляют в подогреватель, расположенный в конвективной части трубчатой печи, где ее температура повышается до 500—550 °С за счет тепла дымовых газов.
Нагретая парогазовая смесь поступает далее в реакционные трубы, установленные в радиационной камере трубчатой печи, в которых на никелевом катализаторе происходит конверсия природного газа водяным паром.
В процессе конверсии метан окисляется в трубчатой печи водяным паром по следующей основной реакции:
Тепло, необходимое для реакции, получают сжиганием природного газа в межтрубном пространстве печи. Дымовые газы, образующиеся в результате сгорания топлива в трубчатой печи, выбрасываются в атмосферу дымососом 9. Из реакционных труб конвертированный газ, содержащий около 10% остаточного метана, при температуре 800 – 830 °С, поступает в смеситель шахтного реактора 3. Сюда же под давлением 3 МПа подается технологический воздух, нагретый до 500 °С в конвективной части трубчатой печи.
В шахтном реакторе 3 осуществляется практически полная конверсия метана, оставшегося в газе после трубчатой печи, и введение в состав получаемого технологического газа азота, необходимого для стадии синтеза аммиака.
В шахтном реакторе протекают следующие основные реакции:
Рис1. Технологическая схема и схема автоматизации процесса конверсии метана.
1-трубчатая печь; 2-аппарат гидрования;3-шахтный реактор; 4,7-регуляторы соотношения; 5-регулятор давления;6,8-регуляторы расхода;9-дымосос; 1-15 – датчики давления; 16-27 – датчики температуры; 28-30 – датчики состава; 3 -35 – регулирующие капаны.
В свободном пространстве верхней части шахтного реактора часть водорода и метана, содержащихся в конвертированном газе, поступающем из трубчатой печи, сгорает с кислородом воздуха; при этом выделяется тепло, необходимое для эндотермической реакции оставшегося метана с водяным паром на никелевом катализаторе шахтного реактора.
На выходе шахтного реактора получают конвертированный газ при температуре 980—1000 °C с остаточным содержанием метана ≈0,5%.
Автоматизация процесса конверсии метана. При осуществлении последовательного двухступенчатого процесса конверсии метана, в котором на первой ступени протекает паровая конверсия (в трубчатой печи), а на второй — паровоздушная (шахтная доконверсия), состав конвертированного газа на выходе шахтного реактора определяется составом, давлением и температурой конвертированного газа на выходе трубчатой печи.
При увеличении температуры на выходе трубчатой печи и соотношения пар : газ на ее входе остаточное содержание метана в газе после нее уменьшается. Заданное соотношение пар : газ поддерживается регулятором соотношения 4 путем изменения подачи пара с помощью регулирующего клапана 31. Давление природного газа стабилизируется регулятором 5, воздействующим на регулирующий клапан 32 подачи природного газа. Температура на выходе трубчатой печи регулируется изменением подачи топливного газа в печь с помощью регулятора 6 и регулирующего клапана 33.
Предусмотрено
также регулирование
Заданный режим в шахтном реакторе 3 поддерживают изменением подачи в него воздуха с помощью регулятора 8 и регулирующего клапана 35.
Основными
контролируемыми параметрами
давления воздуха (датчик 10), парогазовой смеси на входе в трубчатую печь (датчик 11), конвертированного газа на выходе из трубчатой печи (датчик 12), топлива (датчик 13), конвертированного газа на выходе шахтного реактора (датчик 14) и дымовых газов перед дымососом (датчик 15);
температуры пара (датчик 16), воздуха на входе трубчатой печи (датчик 17) и шахтного реактора (датчик 15), топлива (датчик 19), смеси природного газа и АВС на входе в трубчатую печь (датчик 20) и аппарат 3 сероочистки (датчик 21), парогазовой смеси на входе реакционных труб печи (датчик 22), конвертированного газа на выходе печи (датчик 23) и шахтного реактора (датчик 24), дымовых газов на выходе из радиационной камеры печи (датчик 25) и перед дымососом (датчик 26), смеси газов на выходе аппарата 2 (датчик 27);
составы конвертированного газа после трубчатой печи (датчик 28) и шахтного реактора (датчик 29) — содержание метана;
дымовых газов на выходе трубчатой печи (датчик 30) — содержание кислорода.
Выбор средств измерений, средств отображения информации и регуляторов
Датчики.
| Наименование прибора | количество | Краткое описание |
| Преобразователи
избыточного давления ОВЕН ПД100 http://www.owen.ru/catalog/ |
1 | ПД100-ДИ М –
развитие серии датчиков давления ПД100-ДИ
(Переобразователь избыточного давления),
выпускаемых компанией ОВЕН.
Благодаря новой
цифровой схеме датчики ПД100-ДИ М
обладают повышенной надежностью и
помехоустойчивостью. В микропроцессорных
датчиках давления реализована современная
технология цифровой компенсации для
корректировки «нуля» и диапазона
измерения. Преобразователи
избыточного давления (тензопреобразователи
или датчики давления) применяются
в распределительных сетях ЖКХ
(вода, тепло), на тепловых пунктах, компрессорных
станциях, в пищевой промышленности
и др. Основные функции
датчика давления ИЗМЕРЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ нейтральных к титану и нержавеющей стали сред (воздух, пар, различные жидкости) ПРЕОБРАЗОВАНИЕ избыточного давления в унифицированный сигнал постоянного тока 4...20 мА ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ измеряемого давления – ряд значений от 25 кПа до 10 МПа ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ 200% от ВПИ КЛАСС ТОЧНОСТИ 0,5 или 1,0 ВЫСОКАЯ ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ
СПОСОБНОСТЬ по давлению ХОРОШИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВРЕМЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТИ выходного сигнала ВЫСОКАЯ СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ корпуса датчика давления – IP65 ПОВЫШЕННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ к воздействию электромагнитных помех |
| Преобразователи
термоэлектрические платинородий-платиновые
ТПП/1-0679 http://www.npo-manometr.ru/ |
для измерения
температуры в окислительных
и нейтральных газовых средах,
не содержащих веществ, вступающих во
взаимодействие с материалами термопары. Диапазон измерений от 300 до 1300 °С | |
| Газоанализатор
метана Экомонт http://priborkip.ru/ |
Для контроля и индикации содержания метана во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок и обеспечивают выдачу световой и звуковой сигнализации при наличии в местах установки метана в диапазоне концентраций 0,25 - 2,5% об. Используются в качестве первичных преобразователей систем детектирования утечек газа во взрывоопасных зонах с передачей информации на диспетчерский пункт, в автоматических системах контроля технологических процессов взрывоопасных производств и в других областях науки и техники. Диапазон измеряемых концентраций от 0,25 до 2,5% об.доли. Погрешность 5% НКПР метана. | |
| Анализаторы
кислорода АКВТ-01 http://priborkip.ru/ |
Для измерения
концентрации кислорода в отходящих
газах в процессах сгорания топлива,
в водогрейных котлах и других
аналогичных устройствах и | |
| Термопреобразователь
сопротивления ОВЕН ДТС 50П
[http://www.owen.ru/device/ |
1)диапазон измерений
-50…+2500С
2) предназначен для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика. | |
| OPTISONIC
7060 - газовый ультразвуковой http://www.ste.ru/krohne/ |
Компактная
и прочная конструкция прибора
и кожуха подвода кабелей от ультразвуковых
датчиков. Применение: химическая и
нефтехимическая Миниатюрные ультразвуковые датчики Расширенные функции
самодиагностики, входящие в стандартное
программное обеспечение Двунаправленное измерение потока газа Широкий температурный диапазон измерений Широкий динамический диапазон измерений Низкое потребление питания – менее, чем 1 Вт |
Регуляторы, показывающие и регистрирующие приборы.
| Наименование прибора | количество | Краткое описание |
| Универсальный
измеритель-регулятор восьмиканальный
ОВЕН ТРМ138В http://www.owen.ru/catalog/ |
Может применяться
в пищевой, медицинской, химической,
нефтеперерабатывающей Может быть использован в качестве многозонного регулятора, многопороговой сигнализации, а также как восьмиканальный активный барьер искрозащиты. Тип кабеля - экранированная витая пара Тип и габаритные размеры корпуса - щитовой Щ4, 96х96х145 мм Степень защиты корпуса - IP54 со стороны передней панели Вид взрывозащиты
для линий связи -«искробезопасная электрическая
цепь» уровня «ia» Характеристики
выходных устройств электромагнитное
реле 4 А при 220 В транзисторная оптопара структуры n–p–n типа 400 мА при 60
В Симисторная оптопара 50 мА при 300
В(пост. откр. симистор) или 0,5 А (симистор
вкл. с частотой не более
50 Гц и tимп. = 5 мс) выход для управления твердотельным реле выходное напряжение – 4...6 В максимальный
выходной ток 50 мА цифроаналоговый преобразователь «параметр–ток 4…20 мА» сопротивление нагрузки 0…800 Ом | |
| Регулятор соотношения ААЛУ.057-04 ТЗ | Прибор предназначен
для регулирования соотношения
двух физических величин (регулирование
соотношения расхода газа и воздуха,
концентрации и т.д.) по ПИД-закону, отображения
одновременно двух физических величин
и заданного соотношения между ними.
Основная область
применения – системы контроля и
регулирования технологических
процессов. входные сигналы 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-100 мВ гальваническое разделение входных цепей, выходных цепей, цепей питания и интерфейса RS-485 регулирование соотношения по ПИД-закону путем импульсного (2 релейных выхода ШИМ-регулирования) или аналогового управления (алгоритм управления клапаном) возможность быстрого изменения соотношения (при помощи кнопок на передней панели) возможность работы по заданному графику соотношения (для достижения наиболее экономного (оптимального) режима работы программирование параметров с лицевой панели (защита паролем) определение аварийной ситуации при выходе измеряемого параметра за заданные границы обнаружение ошибок работы и определение причины неисправности дискретный вход
для запуска и остановки дискретный вход для безударного перехода на ручное управление процессом связь с внешними устройствами по интерфейсу RS-485 (протокол MODBUS-RTU Slave) | |
| KD7 –
электронный регистратор |
Электронный регистратор
параметров - KD7 с ЖК экраном. Новый
экранный регистратор типа KD7 является
одновременно регистратором и концентратором
данных (dataloger) с возможностью текущей
архивизации и визуализации данных на
цветном экране TouchScreen в любой доступной
форме по желанию пользователя. Регистратор
электрических параметров KD7 позволяет
работать с 12 входными аналоговыми и 20
параметрами по RS485.
KD7 используется как устройство сбора данных в системах измерения и контроля. KD7 находит применение
в измерении, визуализации и
контроле технических Электронный регистратор
KD7 также можно использовать как
автономное измерительное и записывающее
устройство. KD7 применяется для
измерения изменений Настоящий электронный регистратор KD7 может выполнять все действия, применимые к системе измерения: измерение, преобразование и визуализация входных сигналов, а также архивизация данных, сигнализирование и связь с оборудованием. Преобразованные данные измерения хранятся в оперативной памяти и на съемной флэш-карте. |
Расчет расходемера переменного перепада давления по установленной стандартной методике
Задано
Измеряемая среда – метан.
Наибольший измеряемый объемный расход
Средний измеряемый объемный расход
Давление пара перед сужающим устройством
Pизб=5 кгс/см2
Температура пара перед сужающим устройством
t=50°С
Допустимая потеря давления при расходе, равном
Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре 20°С
D20=80 мм
Материал
трубопровода – сталь Ст20
| № п/п |
Определяемая величина |
Номера
пунктов, формул, рисунков, приложений
и таблиц |
Расчет |
Результат | ||
| Выбор сужающего устройства и дифманометра | ||||||
| 1 | Тип сужающего устройства | П.127 | Диафрагма камерная; материал – стать Ст20 | |||
| 2 | Тип и разновидность дифманометра | П.128 | Дифманометр поплавковый ртутный показывающий с интегратором ДП-781 | 302,04 | ||
| 3 | Верхний предел измерений дифманометра | рис.А2 | - | 6300нм3/ч | ||
| Определение недостающих для расчета данных | ||||||
| 4 | Температура измеряемой среды перед диафрагмой, Т | п. 8 | 50+273 | 323°К | ||
| 5 | Барометрическое давление Рб | п. 12 | 1 | |||
| 6 | Внутренний диаметр трубопровода при температуре t, D | П. 80 | D=D20 | 80мм | ||
| 7 | Плотность метана в нормальном состоянии | П. 27 | 0,6679
кг/м3 | |||
| 8 | Показатель адиобаты | |||||
| 9 | Абсолютное давление | 6 | ||||
| 10 | Коэффициент сжимаемости метана в рабочих условиях, К | Рис. А10и | 0,995 | |||
| 11 | Плотность метана в рабочих условиях (Р и t), ρ | 3,536
кг/м3 | ||||
| 12 | Динамическая вязкость метана в рабочих условиях (Р и t), μ | П. 15
П .30 Рис. А3 |
1,2*10-6
Кгс*с/м2 | |||
| 13 | Коэффициент сжимаемости метана при давлении Р и температуре 20оС, К1 | Рис. А10и | 0.99 | |||
| 14 | Плотность метана при давлении Р и температуре 20оС, ρ` | 3,917
кг/м3 | ||||
| Определение номинального перепада давления дифманометра | ||||||
| 15 | Допустимая потеря давления при расходе, равном выбранному верхнему пределу измерений дифманометра, Рпд | ф.127 | 0,2205
кгс/см2 | |||
| 16 | Вспомогательная величина, С | ф.138 | 27,926 | |||
| 17 | Предельный номинальный перепад давления дифманометра, ΔРн | п.133в
рис.А19 |
- | 0,4 кгс/см2 = 4000 кгс/м2 | ||
| 18 | Приближенное значение модуля диафрагмы, m | п.133в
рис.А19 |
- | 0,58 | ||
| Определение числа Рейнольдса | ||||||
| 19 | Число Рейнольдса, Re | п.135г, ф.16 | 1,006*106 | |||
| 20 | Минимально допустимое число Рейнольдса, Remin | рис.А21
п.135г |
- | 40000
Т.к. Re > Remin расчет продолжаем | ||
| 21 | Граничное значение числа Рейнольдса, Reгр | рис.40
п.135д |
- | 24∙104
Т.к. Re > Reгр расчет продолжаем | ||
| Проверка длины прямых участков трубопровода | ||||||
| а) длина прямого участка перед соплом | ||||||
| 22 | Необходимая длина | рис.19г | - | 31D20 | ||
| 23 | Имеющаяся длина | - | - | 10 м, т.е.
≈33D20 | ||
| 24 | Допустимая сокращенная (вдвое) длина | п.91 | - | 15,5D20
Расстояние перед соплом допустимо | ||
| б) Длина прямого участка за соплом | ||||||
| 25 | Необходимая длина | рис.20 | - | 7,5D20 | ||
| 26 | Имеющаяся длина | - | - | 3 м, т.е.
≈ 10D20 | ||
| Определение параметров сужающего устройства | ||||||
| 27 | Наибольший перепад давления в диафрагме, ΔР | ф.65 | ΔР= ΔРн |
4000
кгс/м2 | ||
| 28 | Отношение ΔРср/ Р | ф.44 | 0,027 | |||
| 29 | Поправочный множитель на расширение метана, (εср)1 | п.35, рис.А12 | - | 0,9879 | ||
| 30 | Вспомогательная величина (mα)1 | ф.135 | 0,4470 | |||
| 31 | Модуль диафрагмы, m1 | рис.А8 | - | 0,595 | ||
| 32 | Поправочный множитель на расширение пара, (εср)2 | п.35, рис.А13 |
-
0,9877
Следовательно, значения m=0,595 и εср=0,9877 считаются окончательными | |||
| 33 | Поправочный множитель на тепловое расширение материала сопла, k't | п. 80 | - | 1 | ||
| 34 | Диаметр отверстия сопла при температуре 20°С, d20 | ф.131 | 80*0,7714 |
61,709 мм | ||
| Проверка расчета | ||||||
| 35 | Коэффициент расхода, α | рис.А9 | - | 0,752 | ||
| 36 | Диаметр отверстия
сопла при температуре t, d |
п.80, ф.100 | d=d20 | 61,709 мм | ||
| 37 | Расход, соответствующий наибольшему перепаду давления ΔР, Qо | ф.79 | 6307
м3/ч | |||
| 38 | Допустимое нижнее предельное значение наибольшего расчетного расхода | табл.10 | - | 6287
м3/ч | ||
| 39 | Отношение Рп/ΔР | рис.18 | - | 37% | ||
| 40 | Действительная потеря давления, Рп | - | 0,4*0,37 Полученное значение потери меньше допустимого (0,2 кгс/см2) |
0,1480
кгс/см2 | ||
| Определение поправки на влияние числа Рейнольдса | ||||||
| 41 | Величина k | рис.А21 | - | 890 | ||
| 42 | Поправка к показаниям дифманометра, ΔQо | ф.132 | 27,7*80*1,2*10^-6/3,536*890 | -0,059
м3/ч | ||
| 43 | Отношение ΔQо/Qоп | ф.134 | 0,00047% | |||
| 44 | Т.к. 0,00047% < 0,3%, поправку на влияние числа Рейнольдса не вводим. | |||||
| Определение погрешности измерения расхода | ||||||
| 45 | Средняя квадратичная
погрешность исходного |
рис.35 | - | 0,35% | ||
| 46 | Средняя квадратичная погрешность поправочного множителя на шероховатость, σk2 | рис.37 | - | 1 | ||
| Рис. 39 | 0,2 | |||||
| 47 | (σα)Re | п.119 | - | 0,15% | ||
| 48 | Исходный коэффициент расхода αи | рис.А7 | - | 0,737 | ||
| 49 | (σα)D | ф.110 | |
0,144% | ||
| 50 | Средняя квадратичная относительная погрешность коэффициента расхода, σα | ф.109 | |
0,428% | ||
| 51 | σ'ε | п.120 | - | 0 | ||
| 52 | σε ср | ф.112 | 4*0,027 | 0,108% | ||
| 53 | σε | ф.111 | δε = δε ср | 0,027% | ||
| 54 | Расход, выраженный в долях верхнего предела измерений дифманометра, Q' | п.121 | 4000/6300 | 0,635 | ||
| 55 | ф.114 | 0,787% | ||||
| 56 | Δρ н | п.123 | - | 0,0005 кг/м3 | ||
| 57 | σρ н | ф.119 | 0,001% | |||
| 58 | ΔРб | ГОСТ
4863-55 |
- | 0,50 мбар
= 0,0005 кгс/см2 | ||
| 59 | Верхний предел измерений манометра, Рм | ГОСТ
2405-72 |
- | 1,6 кгс/см2 | ||
| 60 | Класс точности манометра, Sм | ГОСТ
2405-72 |
- | 1 | ||
| 61 | σР | ф.117 | 0,006% | |||
| 62 | Δt | ГОСТ
2823-73 |
- | 0,5°С | ||
| 63 | σТ | ф.118 | 0,05% | |||
| 64 | σρ | ф.116 | 0,05% | |||
| 65 | σин | ф.124 | 0,347% | |||
| 66 | Погрешность показаний вторичного прибора, σвт | ф.114 | 0,787% | |||
| 67 | σQ | ф.108
с добавлением слагаемых δин и δвт |
* |
1,128% | ||
| 68 | δL | п.91 | - | 0,5% | ||
| 69 | δQ | ф.107 | 2,756 | |||
| 70 | Предельная погрешность измерения расхода, отнесенная к верхнему пределу измерений дифманометра, δ'Q | δQ ∙ Q' | 2,756*0,635 | 1,75% | ||
Информация о работе Технологическая схема процесса конверсии метана