Система автоматического управлния абсорбционной колонны МЕА очистки ситез газа

Аннотация: Исследование направлено на разработку системы автоматического управления (САУ) для процесса моноэтаноламиновой очистки синтез-газа в производстве аммиака.

Предложено внедрение комбинированных контуров управления с внутренней обратной связью и компенсационными устройствами. Разработанная система управления включает несколько подсистем, оптимизирующих параметры давления, уровня и температуры, что повышает энергоэффективность и стабильность работы установки. Внедрение САУ улучшит качество очистки синтез-газа, обеспечит более точное регулирование процессов и снизит риск сбоев, способствуя общей оптимизации работы производства аммиака.

Ключевые слова: система автоматического управления, автоматизация, аммиак, процесс.

Annotation: The study focuses on developing an automated control system (ACS) for the monoethanolamine (MEA) gas cleaning process in ammonia production. A solution was proposed involving combined control loops with internal feedback and compensation devices. The developed control system includes several subsystems that optimize pressure, level, and temperature parameters, improving energy efficiency and stability of the installation. The implementation of the ACS will enhance the quality of synthesis gas cleaning, provide more accurate process control, and reduce the risk of failures, contributing to the overall optimization of ammonia production.

Key words: automatic control system, automation, ammonia, process.

Производство аммиака является одной из ключевых отраслей химической промышленности, играющей важнейшую роль в сельском хозяйстве и других секторах экономики. Аммиак служит основой для синтеза удобрений, а также используется в химической и фармацевтической промышленности. Одним из критических этапов в производственном процессе аммиака является синтез газа, который включает реакцию метанового парового реформинга и последующую конверсию водорода с азотом. Система автоматического управления (САУ) для синтеза газа играет важную роль в оптимизации этого процесса, обеспечивая точное регулирование всех ключевых параметров, таких как температура, давление и состав реагентов. Современные подходы к проектированию и эксплуатации САУ для синтеза газа в производстве аммиака используют передовые алгоритмы управления, интеллектуальные системы диагностики и прогнозирования, что способствует повышению энергоэффективности и стабильности работы установки.

В данной работе рассматривается процесс моноэтаноламиновой очистки синтез-газа, объектом управления выступает первая стадия процесса очистки синтез-газа МЭА, основными технологическими элементами которой являются абсорбер и холодильник раствора МЭА (рис.1).

В процессе моноэтаноламиновой очистки синтез-газа были выявлены следующие существенные недостатки: низкая эффективность одноконтурных систем автоматического управления давлением и уровнем в абсорбере, а также температурой раствора МЭА на выходе холодильника. Также не представляется возможным управление основной управляемой переменной – концентрацией углекислого газа в очищенном синтез-газа по принципу обратной связи, из-за отсутствия необходимого датчика.

Для устранения этих проблем предлагается следующее направление решения задачи автоматизации: внедрение следящей системы автоматического управления (САУ), которая будет регулировать расход раствора моноэтаноламина (FМЭА) в абсорбер в зависимости от изменения расхода синтез-газа (FСГ). Точность управления будет повышена за счет использования комбинированного принципа управления, включающего основной регулятор концентрации и компенсационное устройство, которое регулирует задающее воздействие – расход синтез-газа на входе абсорбера. Управление расходом раствора МЭА осуществляется через регулирующий клапан, который приводится в движение электроприводом.

Для повышения эффективности управления давлением в абсорбере применяется комбинированная система с внутренним контуром обратной связи по расходу очищенного синтез-газа. Внешний регулятор давления взаимодействует с регулятором расхода синтез-газа и компенсационным устройством, учитывающим изменения расхода. Управление расходом синтез-газа осуществляется с помощью регулирующего клапана с электроприводом.

Для управления уровнем насыщенного раствора МЭА используется система с внешним регулятором уровня и внутренним регулятором расхода МЭА. Компенсационное устройство регулирует подачу раствора в абсорбер, а управление уровнями и расходами — с помощью датчиков и регулирующих клапанов.

Для контроля температуры раствора МЭА на выходе холодильника применяется система, включающая внешний регулятор температуры и внутренний регулятор расхода охлаждающей воды. Компенсационное устройство учитывает изменения расхода раствора, а управление температурой и расходом воды осуществляется через регулирующие клапаны с электроприводами.

Таким образом, предложенная система автоматического управления с внутренними контурами обратной связи и компенсацией внешних возмущений позволит значительно повысить эффективность и стабильность процесса моноэтаноламиновой очистки синтез-газа. Выполненное обоснование принятого направления решения задачи по автоматизации рассматриваемого объекта позволили разработать структурную схему технических средств САУ процессом моноэтаноламиновой очистки синтез-газа, которая приведена на рисунке 2.

На нижнем уровне системы автоматического управления процессом моноэтаноламиновой очистки синтез-газа применены технологические датчики с аналоговым выходным сигналом(рис.2).

Средний уровень САУ реализуется локальным устройством управления – программируемым логическим контроллером, который должен иметь необходимое количество аналоговых входов (для подключения датчиков), аналоговых выходов (для подключения исполнительный механизмов) и сетевой интерфейс (для взаимодействия с панелью оператора и другими САУ) (рис.2).

Верхний уровень представляет собой пункт оператора, как правило, реализованный на базе панели оператора (рис.2).

На рисунке 3 приведена функциональная схема САУ процессом моноэтаноламиновой очистки синтез газа.

Система автоматического управления абсорбером моноэтаноламинвой очистки состоит из трёх комбинированных, подсистем:

- САУ давлением в абсорбере, которая состоит из основного контура управления давлением (датчик давления РE, регулятор давления PIRAC) и дополнительного компенсационного контура управления расходом очищенного синтез-газ (датчик расхода FE, программный регулятор расхода FIC, электропривод регулирующего клапана FNC);

- САУ уровнем жидкости, которая состоит из основного контура управления уровнем (датчик уровня LE, регулятор уровня LIRAC) и дополнительного компенсационного контура управления расходом насыщенного моноэтаноламина (датчик расхода жидкости FE, регулятор расхода FIC, электропривод регулирующего клапана FNC).

- САУ температурой, которая состоит из основного контура управления температурой (датчик уровня TE, регулятор температуры TIRAC) и дополнительного компенсационного контура управления расходом воды (датчик расхода воды FE, регулятор расхода FIC, электропривод регулирующего клапана FNC).

Технологические устройства САУ, такие как датчик давления РЕ, датчик уровня LE, датчики расхода FE подключены через аналоговые входы (AI) контроллера (ПЛК).

Исполнительные механизмы САУ, такие как электропривод клапана FNС подключаются через аналоговые выходы (AO) контроллера (ПЛК).

Управление разработанной САУ происходит благодаря программному обеспечению контроллера (ПЛК) и панелью оператора HMI, и это всё это связано с сетью связи.

Литература

1. Бесков, B.C. Общая химическая технология / B.C. Бесков – М.: Академкнига, 2006. – 452 с.
2. Рамм, В.М. Абсорбция газов / В.М. Рамм. – М.: Химия, 1976. – 656 с.
3. Айнштейн, В. Г. Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс: [Электронный ресурс]: в 2 кн. / В. Г. Айнштейн, М. К. Захаров, Г. А. Носов [и др.] ; Под ред. В. Г. Айнштейна. – 5-е изд. (эл.). – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
4. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. – М.: Изд-во АльянС, 2005. – 753 с.
5. Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии / Ю.И. Дытнерский. Часть 2. – М., «Химия» 2002. – 368 с.