Особенности систем автоматизации и регулирования содового производства

Производство соды относится к сложным объектам химической промышленности, эффективность работы которых может быть повышена путем установки эффективных автоматических регулирующих исполнительных устройств в АСУ ТП.

Характерными особенностями содового производства являются непрерывность и крупнотоннажность технологических процессов, значительное количество основных и вспомогательных отделений, отличающихся сильной взаимозависимостью. На каждое из них воздействует большое число разнородных возмущений. Характеристики самих технологических аппаратов являются нестационарными как по статическим, так и динамическим характеристикам, что требует постоянной корректировки технологических режимов и большего внимания к динамическому регулированию. Особенно важно отметить, самой характерной средой содового производства являются агрессивные, кристаллизующиеся и абразивные среды. В схемах работы имеются рециклы, связывающие режимы основных отделений, поэтому нарушение режима в одном из них приводит к нарушению нормального хода всего производства.

С точки зрения контуров регулирования и управления содовые производства имеют следующие особенности:

– Последовательная технологическая структура, при которой выход из строя или даже временная разгрузка одной из стадий приводит к резкому изменению работы всего агрегата.

– Значительное число параллельно включенных аппаратов в основных отделениях – абсорбции, фильтрации, дистилляции и карбонизации. Например, отделение карбонизации типового многоэлементного завода содержит три серии карбонизационных колонн. В свою очередь каждая серия состоит из 4 или 5 карбонизационных колонн, одна из которых работает в режиме предкарбонизации.

– Отсутствие промежуточных емкостей и жесткие связи между отдельными стадиями.

– Достаточно большие мощности агрегатов, определяющие необходимость длительного цикла непрерывной работы.

– Большое число точек контроля параметров технологического процесса, составляющее часто до 1000 позиций.

– Жесткие требования к качеству регулирования, поскольку нарушение технологического режима распространяются на смежные отделения и в конечном итоге могут приводить к нарушению режима производства в целом или значительным потерям.

1.1. Особенности производства кальцинированной соды.

Производство кальцинированной соды состоит из следующих этапов:

– абсорбции и очистки рассола

– карбонизации

– фильтрации

– кальцинации

– дистилляции

– гашения

– обжига.

Перейдем к клапанам.

Регулирующие клапаны для основного оборудования содового производства.

ИЗВЕСТКОВЫЕ ПЕЧИ

Состав исходных продуктов:

Мел CaCO3, на сухое вещество не менее 96%

SiO2 и нерастворимые в HCl примеси не более 2%

Топливо – кокс не более 82%

Зольность -10,5%

влага – 5%

Летучие – 2,0

Сера 0,5%

Известковые печи

Температура в кожухе – не выше 70оС

Давление – 200–350 мм вод ст.

Вверху печи – 2–10.

Печной газ

Температура – не выше 150оС

Содержание на абсолютно сухой газ

СО2 -33–35%

О2 0,5–1,5%

СО 0,5–2,0%

Пыли г\м3, не более 2,0

Газ после электрофильтра

Температура, оС:

– На входе 30–35

– На выходе 20–25

Разрежение, кПа (70–100)

Содержание СО2–32–34

Пыли не более 10г\м3

Участки регулирования

– Регулирование известково-обжигательных печей предусматривает поддержание стабильной нагрузки печей с учетом потребности в негашеной извести и поддержание оптимальных параметров процесса.

– Регулирование состоит из следующих подсистем:

– Расход воздуха

– Температура газа

– Давление газа в верхней части печи и выброс диоксида серы в атмосферу посредством дроссельных заслонок, степень открытия которых изменяется с помощью регуляторов давления.

– Регулирование подачи топлива.

– Регулирование на участках дутьевых вентиляторов, электрофильтра, промывателей и пр.

С учетом сказанного на этом участке сосредоточимся на стабилизации процесса. Они работают в стационарном режиме и, как правило, относятся к медленным процессам.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА

Получение известкового молока включает стадии гашения извести горячей водой и очистку известкового молока от крупных кусков необожженного карбонатного сырья, мелких зерен недопала, перекала и др. нерастворимых примесей.

При регулировании решаются задачи соответствия нагрузки в отделении гашения потребности в дистилляции в известковом молоке, а также поддержание постоянной концентрации гидроксида кальция в известковом молоке.

Участки регулирования:

– Регулирование расхода нагретой промывочной воды (слабое известковое молочко) для гашения

– Регулирование на участках промывки после сортировочного барабана

– Регулирование конденсатора

– Регулирование классификатора

– Вспомогательные контуры регулирования на мешалках, шаровых мельницах очистки от шлама, отбросной жидкости дистиллера, пара, дистиллерной жидкости, пробоотборники и пр.

Вот и пришли к сложным участкам. Известковое молочко – один из весьма сложных видов среды для регулирования.

Основными проблемами являются колебания титра молока, т.к. они усложняют дозирование молока в отделении дистилляции и увеличивают потери извести и аммиака с отбросной жидкостью дистиллера. В последней содержание свободного СаО может колебаться в очень узких пределах (1–2 н.д), т.е. в пределах одного нормального деления. В аппаратах отделения дистилляции известковое молоко разбавляется примерно 4 раза. Отсюда следует, что колебания титра молока, поступающего на дистилляцию, не должны превышать 4 н.д.

Титр молока регулируют расходом воды, подаваемой на гашение. Концентрация Са(ОН)2 измеряется каждые 30 мин.

Конечная температура молока (85–95%) в значительной степени зависит от температуры, поступающей на гашение воды, которая подогревается за счет тепла конденсации водяных паров, выходящих из гасителя. Для гашения используют подогретую воду из холодильников газа содовых печей или газа дистилляции.

Сложности для арматуры.

– Налипание и кристаллизация осадка.

– Сложная среда с большим количеством хлор-ионов, вызывающих значительную коррозию даже при высокой щелочности среды (рН 8–11,4).

– Истирание затворов и значительные трудности при страгивании затвора.

– Зарастание трубопроводов и, как следствие, уменьшение проходного сечения, что приводит к изменению пропускной способности и возможной потере линейности регулирования. Желательна регулирующая арматура с более широким диапазоном регулирования.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА СЫРОГО РАССОЛА

Технологическая схема очистки основана на осаждении с предварительной каустификацией содового раствора. Основной задачей регулирования является поддержание стабильности нагрузки по очищенному рассолу. Необходимая степень очистки рассола достигается стабилизацией концентрации рассола и дозирования осадительных реагентов в зависимости от нагрузки и постоянства температурного режима.

Участки регулирования

– Регулирование подачи содового раствора из декарбонизатора

– Разбавление очищенным рассолом известкового молока

– Регулирование подачи содового раствора и известкового молока в каустификатор.

– Регулирование узла отвода шлама

– Регулирование подачи реагентов и сырого рассола

Сложности работы арматуры: